ДИФФУЗИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВАХ Лабораторно практическая работа семинар Выполнила : студентка гр. 1491 А. А. Попова Проверила: профессор КТПСП Л. Ф. Глушенко
Содержание: Полная характеристика процесса диффузии…………………. 3 Факторы влияющие на процесс диффузии…………………. 5 Процесс диффузия в технологических процессах перерабатывающих производств…………………………………… 7 Пределы изменения параметров в технологических процессах…………… 13 Технические средства для контроля процесса диффузии………………… 2
Диффузия – процесс массопередачи, связанный с переносом вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей. Диффузия перемещение вещества в смеси из область с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией, вызванное случайным перемещением отдельных атомов или молекул. Диффузия прекращается, когда исчезает градиент концентрации. Диффузия способ транспорта веществ в клетку, при котором наблюдается пассивное проникновение соединения в клетку или проникновение вещества в клетку по градиенту концентрации с участием субстратспецифичной пермеазы. В отличие от активного транспорта облегченная диффузия не требует затраты АТФ. Диффузия (лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание, взаимодействие) — процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму. 3
Рис. 1 Рис. 2 Рис. 3 Сущность диффузии – движение частиц среды, приводящее к переносу веществ и выравниванию концентраций или к установлению равновесного распределения частиц данного вида в среде. Диффузия молекул и атомов обусловлена их тепловым движением. Сначала между двумя телами чётко видна граница раздела двух сред (рис. 1). Затем, вследствие своего движения отдельные частицы веществ, находящихся около границы, обмениваются местами. Граница между веществами расплывается (рис. 2). Проникнув между частицами другого вещества, частицы первого начинают обмениваться местами с частицами второго, находящимися во всё более глубоких слоях. Граница раздела веществ становится ещё более расплывчатой. Благодаря непрерывному и беспорядочному движению частиц этот процесс приводит в конце концов к тому, что раствор в сосуде становится однородным (рис3). 4
Факторы влияющие на процесс диффузии: Влияние температуры Повышение температуры является наиболее действенным способом ускорения процессов диффузионного насыщения, так коэффициент диффузии и константы скорости химических реакций связаны с температурой экспоненциальной зависимостью. Диффузионная подвижность и химическая активность с повышением температуры возрастают, в то время, как константа скорости адсорбции уменьшается. Вязкость При малой вязкости жидкость быстрее пропитывает материал и, наоборот, с увеличением вязкости процесс замедляется. По закону Фика количество растворенного вещества, продиффундировавшего через некоторый слой экстрагента, обратнопропорционально вязкости этого экстрагента при данной температуре. Следовательно, менее вязкие растворы обладают большей диффузионной способностью. 5
Скорость диффузии Зависит от размера молекул диффундирующих веществ: с увеличением молекулярной массы и, соответственно, размера молекул, их подвижность падает. Давление Теплопроводность в жидкостях имеет место при наличии градиента температуры. При этом энергия в жидкостях передается в процессе столкновения колеблющихся частиц. Частицы с более высокой энергией совершают колебания с большей амплитудой, и при столкновениях с другими частицами как бы раскачивают их, передавая им энергию. Такой механизм передачи энергии не обеспечивает ее быстрого переноса. Поэтому теплопроводность жидкостей очень мала. Плотность При увеличении плотности процесс уменьшается. В газах (плотность мала)молекулы могут свободно перемещаться с огромными скоростями самая большая скорость диффузии в жидкостях молекулы близко расположены, скорости невелики скорость средняя, а в твердых телах самая маленькая скорость до нескольких лет. 6
Получение диффузного сока Целью диффузионного процесса в сахарном производстве является извлечение из свекловичной стружки максимального количества сахарозы. Сахарозу из свеклы извлекают диффузионным способом (экстракцией), который заключается в противоточной обработке свекловичной стружки горячей водой. При этом сахароза и растворимые не сахара переходят (диффундируют) в воду, в результате чего их содержание в стружке понижается, а в воде повышается. Такое движение растворимых веществ происходит под влиянием градиента концентрации. С повышением температуры диффузия ускоряется, поэтому процесс извлечения сахаров проводят при температуре 70… 74°С. При более высокой температуре в раствор переходит часть пектиновых веществ. Таким образом, содержание сахаров в стружке в процессе экстракции снижается с 18, 3% до 0, 3%, а в диффузионном соке – повышается до 13, 4%. При понижении температуры ниже 70°С интенсивно развиваются микроорганизмы. С увеличением расхода воды на обессахаривание стружки снижаются потери сахаров в жоме, но на практике ограничивают его величиной 120… 130% от массы стружки, идущей на диффузию, что обусловлено необходимостью экономии топлива, расходуемого на выпаривание лишней воды при сгущении сока. 7
Из свеклы в диффузионный сок переходит почти вся сахароза и до 90% растворимых несахаров. Кроме того, в диффузионном соке содержится много мелких частиц свеклы (мезги), которые на воздухе быстро темнеют и пенятся. Из такого сока без очистки трудно выделить сахарозу, так как несахара существенно замедляют скорость кристаллизации и увеличивают содержание сахара в отходах (мелассе). Одна часть несахаров удерживает в мелассе до 1, 5 частей сахарозы. Чтобы получить максимальный выход сахара песка и низкий выход мелассы, из диффузионного сока необходимо удалить как можно больше несахаров и довести его до слабощелочной реакции, в которой сахароза наиболее устойчива к разложению. 8
Диффузия в процессе сушки макаронных изделий. Сырье для производства макарон Замес Сушка Охлаждение Взаимодействие химических соединений муки и воды является решающим фактором производства и потребления макаронных изделий. При приготовлении теста в макаронную муку влажностью 15 % добавляют такое количество воды, чтобы влажность смеси стала 29, 5. . . 31, 0 %. Этот диапазон влажности соответствует применяемому наиболее часто среднему замесу макаронного теста. На первом этапе замеса производится предварительное смешивание компонентов до образования крошкообразной массы. В процессе замеса происходит диффузия воды во внутрь частиц муки, растворение водорастворимых веществ, набухание белков и углеводов, входящих в состав муки. Для протекания этих процессов необходим определенный промежуток времени — выдержка теста. На следующем этапе замеса проходит пластикация сухих, твердых химических соединений муки и образование коллоидной системы — теста. 9
Диффузия в процессе сушки рыбы. ü ü Внешняя диффузия влаги испарение влаги с поверхностных слоев рыбы и передача паров окружающему воздуху. Физическое определение: Внешняя диффузия происходит при наличии разности между давлением пара над материалом и парциальным давлением пара в окружающей среде. Скорость внешней диффузии зависит от температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха. Внутренняя диффузия влаги — переход влаги из внутренних слоев рыбы к поверхности рыбы. Обуславливает продолжительность процесса сушки. Физическое определение: Внутренняя диффузия происходит при наличии разности «концентраций» влаги в поверхностных и внутренних слоях рыбы. Скорость внутренней диффузии в рыбе зависит от химического состава и гистологического строения мяса рыбы, градиента влажности, температуры сушки; от относительной влажности и скорости движения воздуха она не зависит. 10
В процессе сушки происходит медленное удаление влаги из материала с использованием тепловой энергии для ее испарения и с отводом образующихся паров. По существу, движение влаги в рыбе основано на явлениях диффузии и осмоса. Переход влаги из материала в окружающую среду совершается при поверхностном испарении и диффузии ее из внутренних слоев к поверхности. Процесс сушки складывается из внешней и внутренней диффузии влаги. При внешней диффузии происходит движение пара с поверхности рыбы в окружающий воздух через неподвижный слой насыщенного влагой воздуха у поверхности высушиваемого материала. В связи с этим количество воды в поверхностных слоях рыбы уменьшается, нарушается осмотическое равновесие в теле рыбы, и влага начинает из более глубоких слоев передвигаться к поверхности – слоям мяса, которые уже потеряли часть влаги (внутренняя диффузия). В начале сушки скорость внутренней диффузии в теле рыбы велика по сравнению со скоростью внешней, и изнутри высушиваемого материала к поверхности поступает достаточное количество влаги. Сушка протекает с постоянной скоростью. В этот период давление пара над поверхностью рыбы равно давлению его над чистой жидкостью и сушка ( скорость внешней диффузии) не зависит ни от толщины рыбы, ни от начального содержания влаги в ней, а зависит от температуры сушки, скорости движения воздуха и его влажности. 11
Когда поверхность высушиваемой рыбы становится менее гигроскопической, зона испарения начинает перемещаться в глубь продукта, а давление пара во внешнем слое уменьшается. Углубление зоны испарения приводит к уменьшению поверхности испарения и скорости диффузии пара, т. е. скорость сушки в этот период уменьшается и зависит целиком от скорости диффузии влаги изнутри рыбы к ее поверхности, а следовательно, от толщины и влажности рыбы, ее химического состава и гистологического строения. 12
Пределы изменения параметров при сушки рыбы. Продолжительность сушки зависит от температуры и относительной влажности воздуха, скорости его движения. Температура сушки в наибольшей степени влияет на ее скорость. Это связано с тем, что изменение агрегатного состояния влаги на поверхности рыбы ( она из жидкого состояния переходит в газообразное) требует затрат теплоты, поэтому интенсивность испарения в первую очередь зависит от притока теплоты извне. Интенсивность сушки возрастает приблизительно пропорционально температуре. Однако увеличение скорости сушки повышением температуры может вызвать нежелательные изменения в продукте ( денатурация белков и др. ). Поэтому температуру выбирают технологических факторов и способа сушки. Тощую рыбу сушат при более высокой температуре, чем жирную. Жирная рыба, разделанные на балык, не выдерживают повышенную температуры и скисают. Причиной, вызывающей порчу ( скисание) , является длительное нахождение внутренних, медленно высыхающих слоев мяса в нагретом состоянии, что способствует активированию ферментов мышечной ткани рыбы и развитию в ней микробов. 13
При установлении режима сушки важным моментом является правильный выбор скорости движения воздуха. Большое значение она имеет в период постоянной скорости сушки. В период падающей скорости движение воздуха мало влияет на скорость сушки, так как процесс в это время регулируется главным образом влагопроводностью высушиваемого материала, а не интенсивностью испарения влаги с его поверхности. При выборе режима сушки температуру и относительную влажность воздуха подбирают с учетом технологических и экономических факторов. Доказано, что при относительной влажности воздуха более 65% сушка рыбы резко замедляется, а при влажности 80% начинается обратный процесс – рыба увлажняется. Наиболее благоприятной для сушки целой или разделанной рыбы является относительная влажность в пределах 40 60% в зависимости от вида сырья. Более низкое значение способствует увеличению сушки, которая во многом зависит от внешней диффузии. Скорость движения воздуха выбирают с таким расчетом, чтобы интенсивность испарения влаги с поверхности в период сушки с постоянной скоростью не превышала коэффициента влагопроводности. 14
В противном случае рыба с поверхности слишком быстро высыхает, причем образующаяся корочка замедляет, а иногда и полностью прекращает поступление новых порций влаги на поверхность, в результате чего процесс сушки замедляется и даже может остановиться. При слишком малой скорости движения воздуха процесс сушки замедляется, что приводит к порче продукта – он покрывается плесенью и слизью. В период падающей скорости сушки, когда влажность рыбы становится небольшой и опасность порчи материала уменьшается, температуру сушки несколько повышают. 15
Аппараты для получения диффузионного сока Процесс извлечения растворимых веществ из клеток свеклы обусловлен двумя стадиями – диффузией вещества в ткани данного сырья и массоотдачей с поверхности частиц к экстрагенту. Для диффузии сахара из стружки в диффузионном аппарате должна поддерживаться разница между концентрациями сахара в стружке и диффузионном соке, что достигается при их встречном движении. Аппараты, в которых осуществляется диффузия сахаров из свекловичной стружки при помощи экстрагирующей жидкости, называют диффузионными. Процесс извлечения сахара из свекловичной стружки осуществляют в колонных вертикальных аппаратах типа КДА с выносным ошпаривателем, в наклонных двухшнековых типа ДДС и ПДС, а также в горизонтальных ротационных аппаратах типа РДА. 16
Диффузионные аппараты, в которых осуществляется экстракция сахаров из свекловичной стружки, должны обеспечивать в производственных условиях: обессахаривание наиболее тонкой свекловичной стружки при равномерном омывании ее диффузионным соком; противоточное перемещение свекловичной стружки и диффузионного сока; минимальные потери сахара в отходах (жоме) при максимальной концентрации диффузионного сока; высокое качество диффузионного сока при ми нимальном содержании в нем мезги. 17
18
19
20
Аппарат для производства макаронных изделий 21
Технология высокотемпературной сушки макаронных изделий из муки мягких пшеницы 1 корпус; 2 блок ТЭНов; 3 диффузор; 4 форсунки; 5 лотки; 6 вентилятор; 7 клапан; 8 датчик; 9 эл. клапан; 10 манометр. 22
Технические средства для контроля процесса диффузии в технологии производства диффузионного сока Термометр – предназначен для контроля температуры; Расходомеры Приборы для определения расхода, т. е. измеряющие количество вещества, протекающего через данное сечение трубопровода за известный интервал времени; Датчик времени –показывает, сколько времени происходит данный процесс и сколько еще осталось часов до его окончания. 23
Технические средства для контроля процесса диффузии при сушки макаронных изделий Визуальный контроль параметров влажности воздуха над каждой лентой осуществляется с помощью угловых датчиков температуры. Над верхней лентой установлен датчик влажности. Специальная система воздушных заслонок позволяет регулировать процесс сушки в зависимости от вида изделий. Равномерность прогрева всех лотков обеспечивается вентиляторами, которые меняют направление обдува с помощью отражателе воздушных потоков. Влажный воздух выводится наружу через специальные клапаны. Наличие специальных каналов в лотках позволяет равномерно продувать макаронные изделия, при этом не слишком отбирая влагу. В процессе сушки необходимо обеспечивать непрерывный отвод ненасыщенных паров, выделяющихся из продукта, при помощи продуваемого воздуха. Поэтому должна быть предусмотрена система поддержания и контроля необходимой влажности при сушке макаронных изделий на каждом этапе сушки. Датчик времени 24
Технические средства для контроля процесса диффузии при сушки рыбы Датчик температуры- температура сушки в наибольшей степени влияет на ее скорость. Это связано с тем, что изменение агрегатного состояния влаги на поверхности рыбы (она из жидкого состояния переходит в газообразное) требует затрат теплоты, поэтому интенсивность испарения в первую очередь зависит от притока теплоты извне; Датчик влажность (относительная влажность 40 60% в зависимости от вида сырья); Скорость движения Датчик времени 25
Спасибо за внимание! 26
Скачать презентацию ДИФФУЗИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВАХ Лабораторно практическая
УТС Попова А..pptx