Művelettani Alapok I. Dr. Hodúr Cecilia.

Az előadások a következő témára: "Művelettani Alapok I. Dr. Hodúr Cecilia."— Előadás másolata:

1 Művelettani Alapok I. Dr. Hodúr Cecilia

2 Műveletek - élelmiszeripari műveletek
Összefüggő, tervszerű cselekmények sorozata Élelmiszeripari technológiákat fel-építő, különböző kö-zegek között létrejövő transzportfolyamatok. Művelettan célja:transzportfolyamatok tanulmányozása, a meghatározó paraméterek között fennálló matematikai összefüggések megismerése/megalkotása

3 Technológiai lépések SÖR aprítás főzés kilugzás erjesztés szűrés
palackozás SAJT beoltás alvadék felvágás préselés sózás érlelés csomagolás KETCHUP aprítás főzés paszírozás bepárlás keverés csomagolás VIRSLI aprítás keverés töltés főző-füstölő hőkezelés csomagolás

4 Műveletek rendszerezése
Impulzusátadási H őátadási Anyag átadási m űveletek APRÍTÁS SZ ŰRÉS SZITÁLÁS KEVERÉS ÜLEPÍTÉS PASZT ŐRÖZÉS BEPÁRLÁS F ŐZÉS FAGYASZTÁS KILUGZÁS SZATURÁLÁS SÓZÁS SZÁRÍTÁS

5 Művelettan története „An army marches on its stomach.”
Nicolas Appert - zárt edényben melegítés William Anderwood - I.VH: dehidratáció II.VH:fagyasztva szárítás Koreai H:radiációs sterilezés, Hidegháború:Membrántechnika Űrkutatás: koncentrátumok, tabletták, MW

6 Művelettan jellemzői Dimenzió nélküli kifejezések
Egyenértékű helyettesítési elv Félempírikus egyenletek

7 Dimenzió nélküli kifejezések
Reynolds szám:

8 Froude szám: Euler szám

9 Származtatott kritériumok
Galilei szám Archimedesi szám Grasshoff szám

10 Egyenértékű helyettesítési elv
egyenértékű csőátmérő egyenértékű gömbátmérő egyenértékű csőhossz: nomogramból egyenértékű ülepítő felület:  egyenértékű szűrlettérfogat:V’

11 Idomok, szerelvények le [m] Belső átmérő [cm] 900-os könyök 0,56 2,24

12 Félempírikus egyenletek

13 Hidrodinamikai alapfogalmak

14 Fluidumok áramlása - alapfogalmak
Stacionárius (stacioner) áramlás: vezeték tetszés szerinti keresztmetszetén az áthaladó fluidum mennyisége bármely időpillanatban állandó. Instacionárius (instacioner) áramlás: Térfogatáram (qV)[m3s-1]: egys. keresztmetszeten, egys. idő alatt átáramló fluidum térfogata Tömegáram (qm) [kgs-1]:- tömege

15 (Átlagos) áramlási sebesség (v)[ms-1]:
Áramlási keresztmetszet:áramlás irányára merő- legesen vett metszék általános áramlási sebesség tartományok: folyadékoknál: 0,5 - 3 m/s viszkózus folyadékoknál: 0,5 - 1 m/s gázoknál kis nyomáson: m/s telített vízgöznél: m/s

16 Folytonossági tétel Anyagmegmaradás elvének alkalmazása zárt rendszerek esetén. A tömegáram állandó a vezeték bármely keresztmetszetén: ha a fluidum inkompressibilis:

17 Bernoulli egyenlet Elszigetelt rendszer (energetikailag zárt) esetén az áramló fluidum összes energiatartalma nem változik meg. Ideális fluidumnál: magassági energia + nyomási energia (=potenciális energia) + kinetikus energia = állandó

18

19 Reális folyadékok áramlása (surlódásos Bernoulli)
A súrlódó erő ellenében a fluidumnak munkát kell végezni, ezért be kell vezetni a súrlódási veszteséget tartalmazó tagot.

20 Áramlási kép - Reynolds szám
Lamináris (réteges) áramlás: fluidumrészecskék a csővezeték tengelyével párhuzamosan áramolnak Turbulens (gomolygó) áramlás: a részecskék a haladó mozgáson kívül keresztirányú rendezetlen örvénylő mozgást is végeznek.

21 Reynolds szám határértékei

22 Anomális, nem-Newtoni folyadékok
 Binghami: Newtoni: 0 Pseudoplastikus: Dilatáló: dv/dx

23

24

25  dv/dx

26 Határréteg- és filmelmélet
vmax vmax LAMINÁRIS TURBULENS

27 Szemcsés halmazok Homodiszperz Polidiszperz, heterodiszperz
Izometrikus Anizometrikus Porozitás Szfericitás

28 Szitaanalízis Kumm. R% tömeg 1,3 10,23 4,0 30,07 7,5 56,3 10,4 78,1
1,3 10,23 4,0 30,07 7,5 56,3 10,4 78,1 12,1 90,9 13,3 100 Részecske méret [mm] (0,71+0,63)/2=0,67 (0,63+0,56)/2=0,59 (0,508+0,56)/2=0,53 (0,508+0,455)/2=0,48 (0,455+0,40)/2=0,427 (0,40+0,35)/2=0,375 m[g] 1,3 2,7 3,5 2,9 1,7 1,2 0,710mm 0,630mm 0,562mm 0,508mm 0,455mm 0,400mm 13,3 0,35

29 Testek mozgása fluidumban
Fköz.ell. Ffelhajt Fgrav

30

31  ü 24/Re 0,5 0,44 1 Re 0,6 600

32 Ülepítés gravitációs erőtérben Kármán módszer
átmérő kiszámítása ülepedési sebesség kiszámítása

33 Nomogram ü/Reü üReü2 102 1 10-2 10-4 Re

34 Együtt ülepedés lamináris tartományban: turbulens tartományban

35 Ülepedés nem végtelen térben
falhatás szomszédos testek kölcsönhatása

36

37 Gravitációs ülepítők ülepítő kád keményítőgyári ülepítő csatorna
Dorr ülepítők Mezőhegyesi ülepítő cukorgyári meszes iszapos lé (60 m3 hengeres tartály, központosan elhelyezett terelőkúpokkal, az iszap a kúpok palástján lesüllyed az edény aljára Dorr ülepítő

38 Centrifugálás Sűrűségkülönbségen alapuló, centrifugális erőtérben végrehajtott szétválasztási művelet Felosztása: Nem-elegyedő folyadékok szétválasztása Tisztításnál – szilárd részecskék eltávolítása pasztőrözés előtt Fölözés - Savó elválasztás Baktofugás kezelések Nedves zsírolvasztás Szuszpenziók szétválasztása Centrifugális szűrés

39 d = 3 µm = 3˙106 m,  =980 kg/m3 tej = 1028 kg/m3,  = 1,42˙10-3 Pas
fordulatszám: min-1, a centrifugacső sugara: 0,2 m a centrifugális gyorsulás értéke (r˙2) 63955,78 ms-2

40 z=j= jelzőszám= A centrifuga kapacitása (térfogatárama): qV = A j vü = vü  = egyenértékű ülepítő felület: annak a fiktív gravitációs ülepítőnek a felülete, melynek kapacitása megegyezik a centrifuga kapacitásával.

41 Centrifuga típusok Szakaszos üzemű centrifugák
ülepítő és szűrő, merev tengely, alsó hajtás függő centrifugák (cukor kristály – zöld szörp) hámozó centrifugák Folytonos üzemű centrifugák dekanterek (zsír, olaj, kávé-,tea kivonatok, tejcukor, sör, bor) Derítő és emulzióbontó centrifugák szupercentrifuga (emulzióbontás, derítés, j= ) kamrás centrifuga tányéros centrifuga (fölözők) j=4-8000

42

43 Kosaras-csigás prés 1 – garat, 2 – préscsiga, 3 – perforált lemez, 4 – csigatengely, 5 – kosár, 6 – torlókúp, 7 – kézikerék, 8 – aprítókés

44

45

46

47

48 Adott méretű és üzemi paraméterek mellett működtetett fölöző esetében számítsuk ki:
az ülepedési sebességet, az egyenértékű ülepítő felületet és a térfogatáramot. A kúpos rész belső átm.:120 mm Tejszín sűrűsége.980 kgm-3 Fölözött tej sűrűsége:1028 kgm-3 Viszkozitása:0,002 Pas Tejzsírcseppek átmérője: 3 µm Fordulatszám min-1 Tányérok távolsága:1,5mm Dobátmérő:350 mm Tányérszám:30 Tányérok félkúpszöge:50°

49

50 Préselés – lényerő sajtolás művelete
a sejtnedv és a zúzással feltárt sejtek nyomóerő hatására történő szétválasztása melegítés, aprítási fok, enzimes kezelés, antioxidánsok olyan szűrés, ahol a szűrőnyomás a szilárd fázisra hat és a szűrlet a nyomóerő irányára merőleges v.arra ellentétes irányban áramlik lékihozatali %:

51  p idő

52 Présberendezések háromtálcás csomagprés (konzervipar)
hidraulikus/pneumatikus kosaras prés (gyümölcslé) folytonos szalagprés csigás sajtó (növényolajipar)

53

54

55 Szűrés művelete Hidrodinamikai szétválasztási művelet,
a szuszpenziók, ködök, füstök porózus közegen történő áramoltatással történő szeparálása.

56 Szűrőközegek Rácsok Szemcsés halmazok Szűrő szövetek Szűrő papírok
Szűrő lapok Porózus testek Membránok

57 Szűrőszövetek áter. visszat. Iszap eltömőd. Vászon rossz jó nehéz nagy
Sávoly Atlasz áter. visszat. Iszap eltömőd. kép. kép. eltáv. hajlam Vászon rossz jó nehéz nagy Sávoly közepes közepes közepes közep Atlasz jó rossz könnyű kicsi

58 Szűrőpapírok, szűrőlapok
Azbeszt és cellulóz szálakból préselt lapok, finom és csírátlanító szűrésre alkalmasak. E, K3, K5, EK Kovaföld, cellulóz és műanyag szálak keverékéből préselt lapok Aktiv szenes lapok

59 Azbeszt és cellulóz keverék

60 Membránok Cellulóz acetát ( 0,2 m) Nucleopore membrán

61 Szűrési típusok Felületi Mélységi Iszaplepény

62 Szűrési segédanyagok Kovaföld (diatóma föld): kovamoszatok elhalt váza, szilícium tart.85-90%, Perlit:vulkanikus eredetű, Al, Na és K tartalmú kőzet, Azbeszt: szálas-kristályos anyag, Cellulóz: Bentonit:

63 Leválasztási mechanizmusok

64 A szűrés elmélete Kapillárisban történő áramlás: Hagen- Poiseuille törvény: Darcy törvény: Összevetve: K: permeabilitás (darcy) 1/K=R: ellenállás

65 R = Rm + Ri V’: Egyenértékű szűrlettérfogat
r: fajlagos lepényellenállás [mkg-1] c: egys.térf.szűrletből kiül szuszp. tömege[kgm-3]

66 F: p = konstans - az egyenlet integrálható
rc és V’ szűrési állandók meghatározása:

67

68

69

70 A rendszer inhomogenitásainak megszüntetése
Keverés művelete Az egyik komponens másikban történő diszpergálása, eloszlatása kényszerített áramoltatás útján. A rendszer inhomogenitásainak megszüntetése

71 Keverés teljesítményszükséglete
d n P – teljesítményszükséglet kgm2s-3  - folyadék sűrűsége  - folyadék viszkozitása H b D

72 geometriai hasonlóság esetén

73 Eukev Fr 10 103 Rekev

74

75 Lapkeverők - kavarók kis fordulatszám, radiális áramlást tangen-ciális áramlás követ – melegítés, oldás d/D = 0,5 horgony, rácsos, kalodás, ujjas, lapát

76

77

78 Propeller keverők 2-3-4-6-szárnylapát mértani csavarfelület
viszonylag nagy fordulatszám d/D = 0,25 erős axiális áramlást idéznek elő – nagy folyadéktömeg mozgatása, tölcsér képződés megakadályozása – ütköző elemek - excentrikus elrendezés

79

80 Turbina keverők agyra vagy tárcsára sugár irányba, vagy görbe mentén felszerelt lapátok nagy nyíróerő érhető el – emulgeálás, diszpergálás d/D = 0,33

81

82 Nagyviszkozitású anyagok keverői
Térfogatkiszorításos keverők bolygó keverő csigás keverő d/D = 0,3 – 0,6 szalag keverők: d/D = 0,9 dagasztók

83

84

85

86

87

88 Szemcsés anyagok keverői
dobkeverők csigás keverők szalagos keverők

89

90

91

92 Sztatikus keverők

93 Homogénezés 1900 Párizsi Világkiállítás:„noncreaming” milk
kettős művelet:diszperz rész aprítása egyenletes eloszlatás berendezéstípusok:nagynyomású rotor-sztator (kolloid malom) ultrahangos

94

95 Emulgeáló szerek Természetes E-számok kazein – kazeinátok
lecitin, kefalin,zselatin keményítő E-számok E353 metabórkősav E354 Caborát E470a Na,K,Ca zsírsav sói E472b,c Tejsavas és citromsavas észterek mono és diglicerid zsírsavakkal E477 propane-1,2 diol zsírsav észter

96 Homogénezés előnyei, hátrányai
ELŐNYÖK nincs felfölöződés tetszetősebb fehér szín gyorsabb koaguláció kisebb oxidációs hajlam teltebb íz HÁTRÁNYOK nem fölözhető a tej napfényre érzékeny- fémes íz lipáz érzékenység fehérjék alacsony hőstabilitása

97 Mechanikai műveletek Aprítás művelete

98 Aprítás: anyag felbontása apróbb részekre, részecskeméret csökkentése
Célja: előkészítés – hőkezelés végső forma kialakítása választékbővítés

99 méretcsökkenés: deformáció – törés (mechanikai ellenállás legyőzése)
Mohs skála: zsírkő gipsz kalcit kalcium fluorit apatit ortoklász földpát kvarc topáz korund gyémánt aprító erők: nyomó vágó nyíró ütő nem mechanikai

100 Élelmiszeripari anyagok aprítása
mechanikai tulajdonságok jelentősen változnak, pl. víztartalom függvényében aprítási munkát kisérletileg kell meghatározni az aprítási energia az anyag deformálásához és az új felület létrehozásához szükséges energia összege

101 Kemény, erő törékeny:cukor
kemény, erős, nyújtható:kakaó kemény, törék. gyenge:szárítm. lágy, gyenge,nyúlós:hús lágy, gyenge, törékeny: olajpogácsa E R Ő S F K E M É NY GY EN GE L Á GY dl

102 Aprító berendezések

103

104

105

106

107 Nyolcas hengerszék 1 – garat, 2 – adagoló henger, 3 – elő-őrlőhenger, 4 – tolattyú, 5 – mágnes, 6 – középhenger, 7 – etetőhenger, 8 – késhenger, 9 – tartály, 10 – keverő kar, 11 – középhenger, 12 – etetőhenger, 13 – lehúzó-henger, 14 – lehúzó-kés, 15 – gyűjtőtartály, 16 – keverő, 17 – kézikerék

108 Száraztisztítási eljárások
szitálás koptatás, hántolás tarározás

109 Nedvestisztítási eljárások
áztatás permetező mosás flotációs mosás ultrahangos tisztítás

110 Fluidizációs mosógép 1 – rácsozat, 2 – mosókád, 3 – ventilátor, 4 – szállítószalag, 5 – zuhanyozó, 6 – leeresztőcsap, 7 – gépváz, 8 – tisztítónyílás, 9 – légelosztócső, 10 – porlasztófejek, 11 – hajtómű, 12 – légbefúvócső, 13 – túlfolyócső

111

112 Szétválasztási műveletek
alak méret súrlódás rugalmasság mágnesesség szín

113 Dobrostás kakaóbab tisztító és osztályozó
1 – kihordószalag, 2 – légcsatorna, 3 – terelőlemez, 4 – hasábszita, 5 – tengely, 6 – lemezszekrény, 7 – hajtómű, 8 – befúvócső, 9 – garat, 10 – ventilátor, 11 – jobboldali kifolyócső, 12 – baloldali kifolyócső, 13 – magtörmelékgyűjtő, 14 – porgyűjtő, 15 – kőleválasztó

114 Huzalos, vastagság szerinti osztályozó
1 – garat, 2 – terelőlap, 3 – vezetősín, 4 – hajtómű, 5 – terelőkerék, 6 – gépváz, 7 – műanyagelemes huzal, 8 – termékgyűjtő, 9 – huzalfeszítő

115

116

117

118

119 Méretnövelő műveletek
sajtolásos tömörítés pelletálás granulálás tablettázás agglomerálás – instantizálás

120 Sajtolásos tömörítés kollerek: síktárcsás matrica, körbenjáró görgők
befolyásoló tényezők: szemcseméret összetétel nedvességtartalom kotő- és segédanyagok görgők mérete és száma matricatárcsa átmérője, nyílások száma préscsatorna nyílások hossza, átmérője, geometriai alakja

121 agglomerálás - instantizálás
tejpor, levesporok, kávé, kakaó, újranedvesítés – ütköztetés –csomók kialakulása - szárítás – méret szerint osztályozzák stabilizáló erők: szilárd hidak folyadék hidak van der Waals kötőerők elektrosztatikus kötőerők