Стали и сплавы пищевой промышленности

УСЛОВИЯ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Пищевое производство представляет собой совокупность последовательных технологических процессов по переработке сырья растительного и/или животного происхождения с целью получения пищевых продуктов или фармацевтической продукции с заданными свойствами и сроками хранения.

Важной особенностью пищевых производств является необходимость выполнения санитарно-гигиенических требований, связанных с охраной здоровья потребителей.

В пищевых производствах следует выделить наиболее характерные этапы технологического процесса:

  1. Мойка или санитарная обработка сырья, продуктов и оборудования.

  2. Измельчение, разделение и калибровка продукции. Калибратор

  3. Перемешивание. Аппарат для перемешивания сыпучих продуктов Дрожжировка

  4. Тепловое воздействие. Жаровня газовая, Жаровня электрическая

  5. Фасовка и упаковка. Упаковочный полуавтомат с объемным дозатором, Упаковочный полуавтомат с весовым дозатором, Упаковочный стол, Вибропневмостол

  6. Транспортировка.

При современном многообразии пищевых производств технологическое оборудование, применяемое в них, также многообразно.

По характеру воздействия на обрабатываемый продукт оборудование пищевых производств делится на три группы:

  • аппараты для изменения физико-механических свойств продуктов либо их агрегатного состояния под воздействием физико-механических, биомеханических, тепловых и/или электрических процессов;

  • машины, в которых продукт подвергается механическому воздействию, что приводит к изменению их формы и размеров при сохранении первоначальных свойств;

  • транспортные машины для транспортировки сырья или неупакованных продуктов.

Характерная особенность машин — существование движущихся рабочих органов, оказывающих непосредственное механическое воздействие на обрабатываемый продукт.

Особенностью аппаратов является наличие определенного реакционного пространства (рабочей камеры), в котором производится воздействие на продукт с целью изменения его свойств.

Необходимо отметить следующие характерные особенности пищевых производств:

  • контакт продукта или пищевой среды с элементами машин и аппаратов;

  • временной фактор, когда технологический процесс имеет жесткие временные ограничения; выход за эти границы приводит к браку.

Материаловедение для оборудования пищевых производств можно разделить на 4 раздела:

  1. Конструкционные материалы для деталей оборудования, не имеющих контактов с сырьем или пищевым продуктом.

  2. Материалы для деталей оборудования, имеющих контакт с сырьем или пищевым продуктом.

  3. Покрытия для деталей, имеющих контакт с сырьем, пищевым продуктом, моющими или дезинфицирующими средами.

  4. Материалы для потребительской и грузовой (транспортной) тары.

Рассматривая процесс взаимодействия пищевых продуктов с материалами, учитываются три категории факторов:

  1. Нейтральность материала к продукту, т. е. отсутствие воздействия продукта на материал.

  2. Нейтральность продукта к воздействию материала.

  3. Работоспособность материала с точки зрения технологического процесса.

Взаимодействие системы продукт—материал оценивается и регламентируется Минздравом РФ с точки зрения охраны здоровья потребителя. При этом для каждого вида продукта имеются материалы, разрешенные или запрещенные к применению. Приведем два примера. Медь запрещена к применению в оборудовании молочных заводов и разрешена к применению в оборудовании кондитерского производства. Алюминий разрешен к применению в молочной промышленности вообще, но запрещен, в частности к применению при производстве молочных продуктов для детского питания. Любые новые материалы должны получать разрешение на применение в оборудовании для производства конкретных пищевых продуктов.

Технологические среды пищевых производств

Технологические среды пищевых производств по составу и свойствам можно условно разделить на органические и неорганические. К органическим средам относятся органические углеродосодержащие соединения растительного и животного происхождения. К неорганическим — химически активные водные растворы неорганических кислот, щелочей, солей и др.

Сильными коррозионноактивными средами являются среды хлебопекарного производства, к которым относятся солевые растворы, жидкие дрожжи и заторы для их приготовления, ржаное тесто, опара, тесто из пшеничной муки и некоторые полуфабрикаты. Продуктами брожения заквасок, теста и полуфабрикатов хлебопекарного производства являются: этиловый спирт, углекислый газ, различные органические кислоты, главным образом молочная и уксусная, некоторые альдегиды и сложные эфиры. Кислотность может изменяться в пределах рН = 6,0–4,2.

Среды свеклоперерабатывающего отделения сахарного производства, как правило, нейтральные или слабокислые (рН = 6–7, Т = 14–45 °С): прудовая и речная вода с различным содержанием твердых веществ (0,005–30 г/л) и растворенных солей, диффузионный сок с содержанием 15%-ного водного раствора сахара и несахаров. В число несахаров входит до 5 % азотистых и безазотистых соединений.

Среды сокоочистительного отделения сахарного производства по составу более разнообразны и обладают повышенной щелочностью (рН = 8–14, Т = 65–96 °С). Они содержат известковое молоко, дефекованный и сатурированный соки с содержанием различного количества гидроксида кальция, углекислого кальция, оксида кремния и других взвешенных частиц, обладающих достаточно высокими абразивными свойствами.

Среды продуктового отделения — слабощелочные (рН = 8–9) с содержанием большого количества сахаров (25–65 %). Эти среды можно условно разделить на две группы: утфели (продукты кристаллизации) и аффинационные массы, содержащие до 40–70 % сахара, патоки и большое количество несахаров.

Технологические среды винодельческого производства весьма агрессивны к углеродистым сталям. Агрессивность различных сортов вин определяется содержанием в них сахаров и спирта, которое значительно колеблется в зависимости от сорта вина. Так, например, столовые (сухие) вина не содержат сахаров, а только 9–14 об. % спирта, крепленые вина содержат 8–10 % сахаров и 16–20 об. % спирта, сладкие десертные вина — 8–20 % сахаров и более 13 об. % спирта, столовые полусладкие вина — 3–7 % сахаров и 7–12 об. % спирта.

Среды спиртового производства являются коррозионноактивными, так как могут содержать сухие вещества, несброженный сахар, органические кислоты, сложные эфиры, сивушные масла, альдегиды и др. К этим средам можно отнести бражку (зерновую, паточную, тростниковую), спирт-ректификат, спирт-сырец, барду (зерновую, тростниковую, ацетонобутиловую), а также водку и различные ликеры.

К средам кондитерского производства относятся сахарные и карамельные сиропы с добавками лимонной и молочной кислот, патоки, фруктово-ягодные подварки, сульфитированное пюре и начинки, а также большое количество пищевых эссенций и красителей, которые способствуют коррозии материалов.

Некоторые виды пищевых сред обладают абразивными свойствами, например, кетчупы, томатные пасты, майонезы, соусы. Абразивными свойствами обладает также большинство сыпучих сред.

Специфические условия пищевых производств: коррозионноактивные пищевые среды, моющие и дезинфицирующие растворы, повышенная температура, высокая скорость истечения рабочих сред, значительные перепады давления, — определяют особые требования к выбору материалов при конструировании технологического оборудования.

Характеристика оборудования для пищевых производств Машины для измельчения пищевых продуктов

В пищевой промышленности измельчение осуществляют в следующих целях: для подготовки сырья, придания продукту требуемой консистенции, порционирования продукта, утилизации отходов сырья.

Значительная часть продуктов, используемых в пищевой промышленности, при измельчении легко поддается деформации и имеет большую влажность, например мясо, хлеб, овощи, рыба и т. д. Эти продукты относятся к условно твердым.

Способы измельчения подразделяют на следующие: раздавливание, раскалывание, разламывание, резание, распиливание, истирание, измельчение с помощью удара.

Машины для перемешивания пищевых продуктов

Машины для перемешивания пищевых продуктов делятся на три группы:

  • для перемешивания сыпучих пищевых продуктов;

  • для перемешивания пластичных пищевых продуктов;

  • для перемешивания жидких пищевых продуктов.

Для порционного приготовления смесей сыпучих продуктов используют барабанные смесители, в которых ось вращения барабана совпадает с осью симметрии барабана или с его диагональю.

Для непрерывного смешивания используются так называемые транспортирующие смесители: ленточные, лопастные и шнековые.

Основное требование, предъявляемое к материалам смесителей — износостойкость. В случае использования ленточных смесителей для смешивания твердых сыпучих продуктов с их одновременным увлажнением, материалы должны обладать еще и антикоррозионными свойствами.

К отдельному классу относятся машины для перемешивания пластичных (тестообразных) продуктов. Смешивание пластичных продуктов отличается от перемешивания жидкостей, так как с повышением консистенции смешиваемого материала уменьшается его скорость движения в сосуде смесителя, снижается турбулентность.

Сортировка сыпучих продуктов

Сущность процесса сортировки заключается в разделении сыпучих материалов на группы (классы). Разделение может быть проведено как по размерам, так и по свойствам материалов, входящих в состав сыпучей системы.

Разделение частиц по их качеству принято называть собственно сортировкой, разделение по размерам — калибровкой, отделение от сыпучего продукта примесей — просеиванием. Сортировка применяется, например при подготовке зерна и различных круп к приготовлению пищи. В этом случае отсортировывают доброкачественное зерно и крупу от возможных примесей или неполноценных зерен. Калибровка осуществляется при подготовке овощей и плодов к дальнейшей переработке. Просеивание обязательно при подготовке к переработке таких продуктов, как мука, крахмал, сахарный песок, когда нужно от сыпучего продукта отделить инородные частицы.

Прессование

Сущность прессования заключается в том, что на продукт оказывают давление, под действием которого происходит изменение его характеристик.

В пищевых производствах процессы прессования подразделяются на следующие виды: отжатие, предназначенное для отделения жидкости от влагосодержащих продуктов; формование, экструзия и штамповка, предназначенные для придания продуктам, полуфабрикатам определенной геометрической формы; собственно прессование или брикетирование, предназначенные для уплотнения сыпучих материалов или каких-либо разрозненных частиц в плотные агрегаты.

Отжатие обеспечивает отделение жидкости от твердого продукта. В одних случаях — для отделения жидкости как более ценного компонента. Обычно таким образом получают различные соки для последующего приготовления из них киселей, муссов, соусов. В других случаях — для отделения жидкости как менее ценного компонента. Например, отделение сыворотки от творога при приготовлении из него некоторых кулинарных изделий.

Таким образом, отжатие — типичный процесс разделения систем, содержащих жидкие фракции. Одновременно он является и процессом образования однородных систем, т. к. в результате получают однородную жидкость и однородный твердый остаток, который может иметь форму брикета.

Формование и штамповка применяются при изготовлении кондитерских изделий и продуктов из теста, а также при приготовлении котлет и т. п. При этом процессе не происходит разделения системы.

Собственно прессование или брикетирование применяют для производства, например, мясных формованных продуктов из отдельных кусков после их варки, а также брикетов из отходов сырья и остатков пищи. В результате этих процессов получают однородную массу в виде брикетов, плит, таблеток.

Экструзией называют процесс продавливания материала через профилирующие головки, в результате которого получают продукт требуемой формы. При этом необходимо, чтобы материал продавливался при соответствующих температурах и давлениях. Давление создается специальными прессующими устройствами: шнековыми, поршневыми и вальцовыми нагнетателями.

Машины и аппараты для тепловой обработки пищевых продуктов

Как нагрев, так и охлаждение преследуют две цели: технологическую и санитарно-гигиени–ческую.

Технологическая цель — как при нагревании, так и при охлаждении происходит изменение физико-химических, структурно-механических и органолептических свойств продуктов.

Санитарно-гигиеническая цель – при нагревании выше 80 °С происходит уничтожение микроорганизмов, содержащихся в пищевых продуктах. Это обстоятельство очень важно, т. к. в подавляющем большинстве все пищевое сырье как растительного, так и животного происхождения обсеменено различными микроорганизмами, среди которых немало вредных и болезнетворных.

В большинстве технологических процессов температурные режимы находятся в интервале температур от –30 до 180 °С, хотя известны технологические процессы с использованием еще более низких, в том числе криогенных, температур.

Транспортные устройства

Транспортные устройства в пищевых производствах используются как для транспортировки сырья и продукции между технологическим оборудованием, так и для выполнения разнообразных технологических операций. Например, ленточные конвейеры помимо основного назначения применяются в тестозакаточных машинах, дозаторах, в машинах для формования бубликов, т. к. в этих случаях имеет место контакт сырья и продукции с элементами транспортирующих устройств, то требуется обоснованный выбор материалов.

Практически все виды сырья и продуктов могут транспортироваться по трубам (закрытым и открытым).

В качестве материала для изготовления труб используются стекло, керамика, пластмасса, сталь, алюминий, медь и медные сплавы. Внутренние поверхности труб должны иметь гладкую поверхность с целью уменьшения гидравлических потерь.

При транспортировке вязкопластичной и пластичной продукции материал труб должен обладать еще и антиадгезионными свойствами.

При транспортировке сыпучих материалов и мелкоштучной продукции к материалам труб предъявляются требования по износостойкости и антифрикционным свойствам.

В ленточных конвейерах ленты для транспортировки или обработки пластичных материалов, например теста, должны обладать антиадгезионными свойствами.

При технологической транспортировке продукции ленты могут или охлаждаться до температуры –30 °С, например при замораживании пельменей, или нагреваться до температур около 240–280 °С, как при выпечке хлебобулочных изделий.

Надежность и работоспособность технологического оборудования

Высокие требования к надежности технологического оборудования пищевых производств обусловлены тем, что в большинстве случаев отказы в работе приводят к нарушению технологического процесса и потере продукта.

Как правило, моральный срок службы современного оборудования не превышает 5 лет, физический срок службы при проектировании закладывается в пределах 5–7 лет. С другой стороны, необходимо знать, как задается время амортизационных отчислений, в течение которого стоимость оборудования полностью списывается на себестоимость выпускаемой продукции.

К основным критериям работоспособности оборудования и их отдельных деталей относятся: прочность, жесткость, износостойкость, тепло- и хладостойкость, виброустойчивость, коррозионная стойкость.

Для элементов технологического оборудования, контактирующего с пищевыми средами или моющими средствами, особо важную роль играет коррозионная стойкость. Под коррозионной стойкостью понимается способность поверхностей элементов машин и аппаратов противостоять воздействию пищевых сред, продуктов, моющих и дезинфицирующих растворов с учетом тепловых воздействий, скоростей истечения рабочих сред, значительных перепадов давления и т. д.

Износ является наиболее характерным видом разрушения поверхностей рабочих органов и деталей оборудования.

Износ есть результат процесса постепенного изменения размеров детали, происходящего под действием поверхностных сил при трении и связанного с потерей массы. Различным видам изнашивания наиболее подвержены трущиеся детали рабочих органов технологического оборудования: уплотнительные кольца торцовых уплотнителей центробежных насосов, сепараторов, центрифуг; подшипники скольжения; плунжеры насосов; манжетные уплотнения; гильзы цилиндров-дозаторов; ножи резательных машин, мясорубок, волчков, куттеров и т. д.

Под тепло- и хладостойкостью при конструировании понимают способность деталей оборудования сохранять работоспособность при повышенных или низких температурах, а также при циклических колебаниях температуры. Как правило, это обеспечивается только правильным выбором материала.

ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Различают физические, химические, технологические, механические, трибологические, санитарно-гигиенические свойства материалов.

В пищевом машиностроении особо важную и в определенной мере специфическую роль играют химические и санитарно-гигиенические свойства материалов.

Химические свойства материалов

Важнейшим условием использования материалов в любой конструкции является их совместимость с рабочей средой.

Технологические процессы пищевых производств протекают при высоких и низких температурах, высоком давлении и вакууме, больших скоростях потоков и длительной выдержке пищевых сред в состоянии покоя, с изменениями рН сред в широком диапазоне и сопровождаются другими факторами, обусловливающими агрессивность пищевых сред.

Многие пищевые среды представляют собой электролиты, поэтому коррозия в них носит электрохимический характер. Химическая природа электролита обусловлена наличием в составе сред кислот и минеральных веществ. Количество и степень диссоциации кислот и минеральных веществ, в основном, и определяют агрессивность среды.

На различных этапах технологического процесса химические свойства сред изменяются, в связи с чем снижается или повышается их коррозионное воздействие на поверхность аппаратов.

Непосредственный контакт с технологическими и пищевыми средами, длительная непрерывная работа, абразивное воздействие некоторых пищевых продуктов, агрессивное влияние окружающей среды, моющих и дезинфицирующих растворов, а также другие специфические условия определяют особые требования к выбору и назначению конструкционных материалов.

Аппараты пищевых производств подвергаются периодическому воздействию агрессивных моющих и дезинфицирующих растворов: 1–2%-ной соды каустической, 5–10%-ной соды кальцинированной, 2%-ной серной кислоты, 2%-ной соляной кислоты, 3%-ной азотной кислоты, 0,2–0,5%-ного перманганата калия и др. Наиболее агрессивное воздействие на технологические аппараты и сборники дезинфицирующих растворов оказывают кислотные дезинфекторы. Изготовление сборников дезинфицирующих растворов и трубопроводов из нержавеющих сталей не всегда приводит к повышению их коррозионной стойкости.

В пищевых отраслях химической коррозии подвергаются только некоторые аппараты и коммуникации вспомогательных цехов (холодильно-компрессорных, углекислотных, котельных). Оборудование технологических цехов в основном подвергается электрохимической коррозии. В зависимости от агрессивности среды и условий протекания электрохимических процессов распространены следующие ее виды:

  • атмосферная (воздействие на оборудование и металлоконструкции вне зданий при наличии загрязнения воздуха промышленными газами);

  • почвенная (разрушение подземных газопроводов, водопроводов, канализационных сетей, теплотрасс, мазутохранилищ, металлоконструкций, подземных сооружений);

  • электрическая (влияние блуждающих токов на металлы);

  • кислотная (растворы азотной, серной, соляной кислот при дезинфекции, молочной кислоты при подкислении заторов и т. д.);

  • солевая (разрушение рассольных насосов, трубопроводов, батарей охлаждения, испарителей, оборудования натрий-катионных установок и т. п.);

  • щелочная (щелочные моющие и дезинфицирующие растворы особенно сильно разрушают металлоконструкции моечных машин, воздуховоды систем вентиляции цехов розлива);

  • контактная (при контакте двух разнородных металлов, имеющих разные потенциалы);

  • биологическая (разрушение продуктопроводов, аппаратуры, металлических и железобетонных конструкций, расположенных в грунтах).

Бетонные и железобетонные конструкции, емкости, сборники, фундаменты оборудования пищевых предприятий подвергаются интенсивному коррозийному воздействию: физическому, биологическому и физико-химическому.

Химическая коррозия возникает при действии органических кислот пищевых сред на составные части цементного камня бетона и железобетона.

Биологическая коррозия является следствием жизнедеятельности микроорганизмов на поверхности строительных конструкций, смоченных пищевыми средами.

Физико-химическая коррозия вызывает разрушение строительных конструкций, например, при теплообмене с окружающей средой, при действии жидких пищевых продуктов в результате замерзания.

В зависимости от среды, материалы покрытий могут быть абсолютно или относительно неустойчивы, например полихлорвинил неустойчив в ржаной закваске.

В органических кислотах, сахарозе, моющих и других веществах, содержащихся в средах пищевых производств, стойкость полимеров достаточно велика. Универсальной стойкостью к пищевым средам обладают композиции на основе эпоксидной смолы. Стойкость защитных покрытий из различных полимеров, определяемая путем изменения внешнего вида и способности к набуханию, под действием некоторых органических сред пищевых производств меняется в широких пределах.

Санитарно-гигиенические требования

Материалы, применяемые в оборудовании пищевых производств, должны подвергаться санитарно-гигиеническому и токсикологическому контролю. При неблагоприятных условиях отдельные полимерные материалы или содержащиеся в них мономеры, низкомолекулярные соединения и различные составные части могут отрицательно влиять на здоровье людей и на качество пищевых продуктов. Неблагоприятное влияние на здоровье может выражаться как в виде острых отравлений, проявляющихся через несколько часов или дней, так и в виде хронических отравлений, проявляющихся в течение месяцев.

С точки зрения гигиенической и токсикологической оценки материалы можно разделить на следующие группы:

1) допущенные органами Государственного санитарного надзора для соприкосновения с пищевыми продуктами;

2) допущенные для контакта с определенными пищевыми продуктами;

3) допущенные для контакта с пищевыми продуктами только при особых условиях;

4) не допущенные для применения в пищевой промышленности вследствие токсичности или изменения состава при соприкосновении с пищевыми продуктами;

5) не допущенные для применения в пищевой промышленности вследствие неизученности гигиенических и токсикологических свойств или находящиеся в стадии исследований.

Читайте также: