Технологічні процеси харчових виробництв відбуваються відповідно до загальних фізичних, хімічних та фізико-хімічних законів. Застосування цих законів до того чи іншого процесу дає змогу створити теорію цього процесу і методи проектування апаратів для його проведення.

Під час розгляду процесів харчової технології можна виділити такі основні узагальнення, закони та принципи:

- закон збереження маси;

- закон збереження енергії;

- закони перенесення маси та енергії й принцип рушійної сили;

- закони масштабного переходу й моделювання;

- принцип оптимізації проведення процесу.

Закон збереження маси в науці про процеси та апарати набуває форми матеріального балансу: кількість матеріалів, що надходить в

апарат, повинна дорівнювати кількості кінцевих продуктів, отриманих в результаті проведення процесу. Якщо в апарат надходять компоненти А, В, С, а виходять із нього - Д і Е, то матеріальний баланс можна записати в такому вигляді:

т_А + т_в + т_с=т_й+ т_Е,

ш_а, т_в, т_с, т_д, т_Е - маси компонентів А, В, С, Д і Е.

Якщо під час проведення процесу мають місце втрати речовин (наприклад, з вологою), то т_д - маса речовини, отриманої внаслідок процесу (готового продукту), а ше - маса втраченої під час процесу речовини.

Матеріальний баланс можна обчислити сумарно для всіх сировинних компонентів або окремо для будь-якого з них. Матеріальний баланс можна скласти як для одного апарата, так і для групи їх.

Закон збереження енергії. Енергетичний баланс складають на основі закону збереження енергії: кількість енергії, введеної в процес (прихід енергії) дорівнює кількості виділеної енергії (витрата). При цьому мається на увазі теплова, механічна, електрична та інші види енергії. Найчастіше в практиці складають енергетичний баланс на прикладі теплового.

Закони перенесення маси та енергії й принцип рушійної сили. Під час різних технологічних операцій головна роль належить процесам перенесення. У гідромеханічних процесах об'єктом перенесення є рухома маса речовин, у теплових - енергія, у масообмінних - той чи інший компонент, що переходить з однієї фази в іншу.

Ефективність перенесення маси та енергії в цих процесах залежить від їх швидкості.

Швидкість процесу - це об'єм рідини або газу, кількість теплоти або речовини, що передається в апараті через одиницю площі за одиницю часу.

Усі процеси можуть протікати тільки під дією певної рушійної сили, яка завжди є різницею потенціалів, характерних для даного виду процесів.

Розглядаючи процеси різного характеру (гідромеханічні, теплові, дифузійні), неважко помітити, що їх кінетичні закономірності характеризуються загальною залежністю (1.1): швидкість процесу прямо пропорційна рушійній силі та обернено пропорційна опору.

Якщо в одному й тому самому апараті декілька процесів протікають одночасно (наприклад, нагрівання продукту під час сушіння), то швидкість кожного з процесів прямо пропорційна відповідній рушійній силі, але залежить також і від інших сил. Із цих процесів виділяють головний, від інтенсифікації якого залежать кінцеві результати процесу.

Закони рівноваги. Сукупність тіл, що взаємодіють, називають системою. Якщо система знаходиться в рівновазі, то ніяких процесів у ній не відбувається. Процес виникає тоді, коли система виходить зі стану рівноваги. Якщо в апараті знаходиться рідина, температура якої дорі-

внює температурі навколишнього повітря, то теплообміну між стінкою апарата, рідиною й повітрям не буде, поки по обидва боки стінок апарата температура буде однаковою. Теплообмін виникне тоді, коли в апарат налити рідину, температура якої вища за температуру навколишнього повітря. Причиною виникнення процесу теплообміну є різниця температур рідини і стінок апарата.

Закони масштабного переход й моделювання. Під час проектування та експлуатації апаратури суттєву роль відіграє одне з основних положень науки про процеси та апарати - положення про вплив розмірів апарата на процес, який у ньому відбувається. Дослідження процесів та апаратів з економічних міркувань проводяться звичайно на лабораторних стендах та апаратах невеликих розмірів. Результати цих досліджень можна переносити на великорозмірні апарати тільки з урахуванням вимог теорії подібності та моделювання. При цьому результати повинні бути узагальнені у вигляді залежності між критеріями подібності, що характеризують процес із різних сторін. При кожному критеріальному рівнянні повинно бути зазначено, в яких межах зміни критеріїв ним можна користуватись.

Принцип оптимізації проведення процесу. Для проведення будь-якого процесу в його апаратурному оформленні завжди виникає можливість вибрати декілька варіантів вирішення. Один із них найбільш раціональний. Вибір найдоцільнішого варіанта набув назву оптимізації. Для оцінювання оптимуму процесу необхідно обрати критерій оптимізації. Найчастіше за критерій оптимізації приймають мінімум часу і затрат на виробництво продукції. Цього мінімуму досягають доцільним напрямом процесу і його апаратурним оформленням. Кожний технологічний процес потребує індивідуального підходу, але є загальні, універсальні рішення оптимізації для багатьох процесів, які можуть бути сформульовані так.

1. Безперервність процесу. Процеси технології харчових продуктів поділяють на періодичні та безперервні. Як уже було зазначено, безперервні процеси порівняно з періодичними забезпечують

вищу продуктивність апарата, одержання однорідного продукту високої якості, рівномірність споживання теплоти, води та електроенергії, безпечніші умови праці та можливість автоматизації процесу. Оптимально організований процес - це, як правило, безперервний, автоматично керований процес.

2. Протитечійність потоків обміну. На практиці в безперервних теплових та масообмінних процесах трапляються такі схеми руху взаємодіючих середовищ: протитечія, прямотечія, перехресна течія і змішана течія. Аналіз процесів обміну теплотою і масою показує, що найсприятливішим є протитечійний процес. Тому можна сформулювати таке твердження: під час проведення обмінних процесів у безперервному потоці оптимальним є процес, що відбувається в протитечії.

3. Оновлення поверхні контакту фаз. В апаратах для перенесення теплоти або маси оптимальним є варіант, який передбачає турбулентний режим і забезпечує максимальне зіткнення контактуючих середовищ при безперервному поновленні контакту фаз.

4. Використання відхідної теплоти. Найпоширенішим теплоносієм у харчових виробництвах є водяна пара. В ряді процесів при їх проведенні виникає вторинна пара меншого тиску. Так, у багатокорпусних випарних установках пара, яка використовується для обіїріву, надходить тільки на обігрівання першого корпусу, інші корпуси обігріваються вторинною парою попередніх. Значну економію теплової енергії дає утилізація теплоти продуктів згорання палива, що відходять у процесах сушіння.

Контрольні питання: