Практическая работа 3 - Процессы и аппараты пищевых производств

# Процессы и аппараты пищевых производств

5B007280 - Технология перерабатывающих производств __ст.преводаватель__ Саидов А.М.

## Практическая работа 3

СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

Цель: сформировать представление о структурно-механических и физико-химических свойствах материалов

План

1 Структурно-механические свойства материалов

2 Теплофизические и физико-химические свойства материалов

1 Структурно-механические свойства материалов

Структурно-механические, свойства пищевых продуктов характеризующие их устойчивость к воздействию внешней энергии, обусловленное строением и структурой продукта, а также качество пищевых продуктов и учитываются при выборе условий их перевозки и хранения.

Плотность — масса вещества, содержащегося в единице объема. Величина плотности продукта определяется концентрацией сухих веществ в нем. Так, плотность несоленой говядины 1-го сорта составляет 1048 кг / м 3 , а говядины соленой без воды — 1054 кг / м 3 . Повышение плотности говядины соленой объясняется уплотнением тканей при посоле в результате выделения части клеточного сока.

Плотность жиров вычисляют при определенных температурах: растительных масел — при 10,15 и 20 ° С, животных жиров — при 50 и 100 ° С.

Для некоторых пищевых продуктов определяют относительную плотность — это отношение плотности исследуемого продукта в плотности воды при температуре 4 «С и нормальном атмосферными давления или отношение массы продукта к массе воды, взятых в равных объемах, при одной и той же температуре (при 20 или 15 ° С).

Плотность характеризует качество пищевых продуктов. По ее величине можно судить о количестве спирта в водке, сахарозы в растворе сахара, соли в рассоле; можно установить состав продукта, его строение, избегая при этом сложных анализов. Например, чем выше плотность картофеля, тем больше содержится в нем крахмала, яблоки с более высокой плотностью содержат в тканях меньше воздуха; чем выше плотность зрелых томатов, тем больше выход томатного пюре.

Для ряда пищевых продуктов (зерна, крупы, овощей, плодов и др.). Важным показателем является на сыпная (объемная) плотность. Под этим показателем понимается масса продукта в единице объема при свободном пустотами вложении.

Например, насыпная плотность картофеля 640 , капусты — 430 кг / м 3 и т.д. Показатель насыпной плотности продуктов используется для расчета скорости воздуха при принудительном вентилировании насыпи овощей, зерна, а также для определения необходимого количества тары, емкости овоще - и зернохранилищ для размещения на хранение определенной массы продукции, нужного количества транспортных средств.

Наряду с понятием плотности, часто пользуются понятием удельного веса вещества.

Удельным весом данного вещества называют отношение веса Р однородного тела из данного вещества к объему тела. Обозначим удельный вес буквой γ. Тогда

Можно также сказать, что удельный вес есть сила тяжести единицы объема данного вещества.

Удельный вес и плотность относятся друг к другу так же, как вес и масса тела:

За единицу удельного веса принимается: в системе СИ — 1 н/м3, в системе СГС —1 дин/см3, в системе МКСС— 1 кГ/м3. Эти единицы связаны между собой соотношениями

1 н/м3 = 0,1 дин/см3 = 0,102 кГ/м3..

Вязкость характеризует способность газов или жидкостей создавать сопротивление между движущимися по отношению друг к другу слоями текучих (не твердых) тел. То есть эта величина соответствует силе внутреннего трения (английский термин: viscosity), возникающей при движении газа или жидкости. Для разных тел она будет различной, так как зависит от их природы. Например, вода имеет низкую вязкость по сравнению с медом, вязкость которого намного выше. Внутреннее трение или текучесть твердых (сыпучих) веществ характеризуется реологическими характеристиками.

Исак Ньютон в 1687 году установил основной закон течения жидких и газообразных тел: F = ƞ • {(v2 – v1) / (z2 – z1)} • S.

В данном случае F — это сила (тангенциальная), которая вызывает сдвиг слоев подвижного тела. Отношение (v2 – v1) / (z2 – z1) показывает быстроту изменения скорости течения жидкости или газа при переходе от одного подвижного слоя к другому.

Иначе называется градиентом скорости течения или скоростью сдвига. Величина S — это площадь (в поперечном сечении) потока подвижного тела. Коэффициент пропорциональности ƞ и есть коэффициент вязкости динамической данного тела.

Вязкость является важнейшей физико-химической характеристикой многих веществ. Значение ее учитывают при проектировании и эксплуатации трубопроводов и аппаратов, в которых происходит движение (например, если они служат для перекачивания) жидкой или газообразной среды. Это могут быть нефть, газ или продукты их переработки, расплавленные шлаки либо стекло и прочее. Вязкость во многих случаях является качественной характеристикой полупродуктов и готовых продуктов различных производств, так как она напрямую зависит от структуры вещества и показывает физико-химическое состояния материала и изменения, происходящие в технологии. Часто для оценки величины сопротивления деформации или истечения используют не динамическую, а кинематическую вязкость, единицы измерения которой в системе СИ выражаются в квадратных метрах за секунду.

2 Теплофизические и физико-химические свойства материалов

Свойства материалов, связанные с изменением температуры, относят к теплофизическим. Они важны для теплоизоляционных и жаростойких материалов, для материалов ограждающих конструкций и изделий, твердеющих при тепловой обработке.

Теплоемкость — свойство материала поглощать при нагревании и отдавать при охлаждении определенное количество теплоты.

Теплоемкость, отнесенную к единице массы, называют удельной теплоемкостью С [Дж/(кг • °С)].

Удельная теплоемкость равна количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг материала на 1 °С. У органических материалов она обычно выше, чем у неорганических [кДж/(кг • °С)]: древесина — 2,38...2,72; сталь — 0,46, вода — 4,187.

Наибольшую теплоемкость имеет вода, поэтому с повышением влажности материалов их теплоемкость возрастает.

Теплопроводность — свойство материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на противоположных поверхностях. Это свойство имеет важное значение для строительных материалов, применяемых при устройстве ограждающих конструкций (стен, перекрытий, покрытий), и материалов, предназначенных для теплоизоляции.

Теплопроводность характеризуют коэффициентом теплопроводности, показывающим, какое количество теплоты (Дж) способен пропустить материал через 1 м2 поверхности при толщине материала 1 м и разности температур на противоположных поверхностях 1 °С в течение 1 часа.

Коэффициент теплопроводности [Вт/м-°С|: воздуха — 0,023, древесины вдоль волокон — 0,35 и поперек волокон—0,175, воды — 0,59, керамического кирпича — 0,82, льда - 2,3. Следовательно, воздушные поры в материале резко снижают его теплопроводность, а увлажнение - сильно увеличивает, так как коэффициент теплопроводности воды в 25 раз выше, чем у воздуха.

При замерзании воды в порах материала еще больше увеличивается теплопроводность, так как лед примерно в 4 раза проводнее воды и в сто раз теплопроводное воздуха. Чем меньше пор, т.е. чем плотнее материал, тем он теплопроводнее.
При повышении температуры теплопроводность большинства материалов возрастает.

Тепловое расширение — свойство материала расширятся при нагревании и сжиматься при охлаждении, оно характеризуется изменением линейных размеров, и объема в зависимости от температуры.

Огнестойкость — свойство материала выдерживать без разрушения воздействие высоких температур, пламени и воды в условиях пожара. Материал в этих условиях либо сгорает, либо растрескивается, сильно деформируется, либо разрушается от потери прочности.

По огнестойкости различают несгораемые, трудносгораемые и сгораемые материалы.
Несгораемые материалы под действием огня или высокой температуры не горят и не обугливаются. Это кирпич, бетон и др. Между тем, некоторые несгораемые материалы — мрамор, стекло, асбестоцемент — при резком нагревании разрушаются, а стальные конструкции — сильно деформируются и теряют прочность.

Трудносгораемые материалы под действием огня или высокой температуры медленно воспламеняются, но после удаления источника огня их горение или тление прекращается. К таким материалам относятся асфальтобетон, фибролит, пропитанная антипиренами древесина.

Сгораемые материалы под действием огня или высокой температуры горят и продолжают гореть после удаления источника огня. Это древесина, обои, битумы, полимеры, бумага и др.

Для повышения огнестойкости материалы пропитывают или обрабатывают огнезащитными составами — антипиренами. При нагревании они выделяют газы, не поддерживающие горения, или образуют на материале пористый защитный слой, замедляющий нагрев.

Огнестойкость материалов нельзя отождествлять с огнестойкостью конструкций зданий и сооружений, так как конструкции, выполненные, например, из сгораемых материалов, но обработанные антипиренами или защищенные от огня штукатуркой или облицовкой из несгораемых материалов, по своей огнестойкости относятся к трудносгораемым.
Для повышения огнестойкости материалов применяют различные огнезащитные покрытия, в том числе краски. Связующими в таких красках служат жидкое стекло, известь, перхлорвиниловые и карбамидные смолы, фосфорброморганические полимеры. Силикатные и другие огнезащитные краски одновременно защищают материалы от огня и выполняют функцию отделочного покрытия.

Огнеупорность — свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры (от 1580 °С и выше), не деформируясь и размягчаясь.
Огнеупорные материалы, применяемые для внутренней футеровки промышленных печей, — динас, шамот, хромомагнезит, корунд — не деформируются и не размягчаются при температуре 1580° и выше.

Тугоплавкие материалы (тугожкий печной кирпич) выдерживают без расплавления темперагуру 1350...1580 °С, а легкоплавкие (кирпич керамический строительный) — до 1350°С.

Контрольные вопросы

1 Что относится к структурно-механическим свойствам?

2 Какие свойства относят к физико-химическим?

3 Теплофизические свойства материалов?