Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Izabela Rosiak
Eksploatowanie maszyn i urządzeń stosowanych w procesach
dyfuzyjnych, fizykochemicznych i biotechnicznych
321[09].Z1.06
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
1
Recenzenci:
mgr inż. Zbigniew Iwasiuk
mgr inż. Barbara Zielonka
Opracowanie redakcyjne:
Konsultacja:
mgr inż. Maria Majewska
Korekta:
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 321[09].Z1.06
„Eksploatowanie
maszyn
i
urządzeń
stosowanych
w
procesach
dyfuzyjnych,
fizykochemicznych i biotechnicznych” zawartego w modułowym programie nauczania dla
zawodu technik technologii żywności.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
2
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie
3
2. Wymagania wstępne
5
3. Cele kształcenia
6
4. Materiał nauczania
7
4.1. Maszyny i urządzenia stosowane w procesach dyfuzyjnych
7
4.1.1. Materiał nauczania
7
4.1.2. Pytania sprawdzające
17
4.1.3. Ćwiczenia
17
4.1.4. Sprawdzian postępów
21
4.2. Maszyny i urządzenia stosowane w procesach fizykochemicznych
22
4.2.1. Materiał nauczania
22
4.2.2. Pytania sprawdzające
31
4.2.3. Ćwiczenia
32
4.2.4. Sprawdzian postępów
35
4.3. Maszyny i urządzenia stosowane w procesach biotechnicznych
36
4.3.1. Materiał nauczania
36
4.3.2. Pytania sprawdzające
41
4.3.3. Ćwiczenia
41
4.3.4. Sprawdzian postępów
43
5. Sprawdzian osiągnięć
44
6. Literatura
48
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
3
1.
WPROWADZENIE
Poradnik ten Ci pomocny w przyswajaniu zagadnień związanych z eksploatowaniem
maszyn
i
urządzeń
stosowanych
w
procesach
dyfuzyjnych,
fizykochemicznych
i biotechnicznych w przemyśle spożywczym. Poradnik zawiera wiadomości dotyczące budowy,
zasady działania, eksploatowania oraz obsługi maszyn i urządzeń stosowanych w procesach
dyfuzyjnych, fizykochemicznych i biotechnicznych.
Dużą wagę zwrócono na zastosowanie przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy
dotyczących eksploatacji maszyn i urządzeń stosowanych w procesach dyfuzyjnych,
fizykochemicznych i biotechnicznych. Wskazano wykorzystanie maszyn i urządzeń
w procesach technologicznych.
W poradniku zamieszczono:
−
wymagania wstępne, jakie są konieczne byś mógł przystąpić do realizacji tej jednostki
modułowej;
−
cele kształcenia, które opanujesz podczas kształcenia w tej jednostce modułowej;
−
materiał nauczania (podzielony na cztery rozdziały) umożliwiający samodzielne
opanowanie materiału i przygotowanie się do wykonania ćwiczeń i zaliczenia
sprawdzianu. W celu poszerzenia wiedzy powinieneś zapoznać się ze wskazaną literaturą
oraz innymi źródłami informacji np. katalogami, dokumentacjami techniczno – ruchowymi
maszyn i urządzeń.
−
pytania sprawdzające - przed przystąpieniem do ćwiczeń w celu sprawdzenia stopnia
opanowania materiału powinieneś udzielić odpowiedzi na zawarte pytania.
−
ćwiczenia po każdym z rozdziałów, które pozwolą osiągnąć umiejętności praktyczne
związane z tą jednostką modułową.
−
sprawdzian postępów, który umożliwi Ci sprawdzenie poziomu wiedzy po wykonaniu
ćwiczeń.
−
sprawdzian osiągnięć, który pozwoli Ci na sprawdzenie wiadomości i umiejętności
opanowanych podczas realizacji programu jednostki modułowej. Sprawdzian podany jest
w formie testu.
−
wykaz literatury.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
4
Schemat układu jednostek modułowych
321[09].Z1
Maszyny i urządzenia stosowane w przemyśle spożywczym
321[09].Z1.01
Eksploatowanie maszyn i urządzeń elektrycznych
321[09].Z1.06
Eksploatowanie maszyn i urządzeń stosowanych w procesach
dyfuzyjnych, fizykochemicznych i biotechnicznych
321[09].Z1.03
Wykorzystanie środków
transportu
w przemyśle spożywczym
321[09].Z1.04
Eksploatowanie maszyn
i urządzeń do obróbki
mechanicznej
321[09].Z1.05
Eksploatowanie maszyn
i urządzeń do obróbki
termicznej
321[09].Z1.02
Eksploatowanie maszyn i urządzeń ogólnego zastosowania
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
5
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
−
korzystać z różnych źródeł informacji m.in.: norm, instrukcji, dokumentacji technicznej
i technologicznej,
−
czytać rysunki w dokumentacji technicznej,
−
wykonać rysunki prostych części maszyn i urządzeń,
−
stosować uproszczenia i oznaczenia umowne w rysunku technicznym,
−
opisać budowę części maszyn, ich działanie i zastosowanie,
−
zorganizować stanowisko pracy w zakładzie przetwórstwa spożywczego zgodnie
z wymaganiami ergonomii, przepisami bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony
przeciwpożarowej,
−
dobrać maszyny i urządzenia stosowane w przemyśle spożywczym,
−
zastosować aparaturę kontrolno-pomiarową,
−
określić
skutki
nieprawidłowego
działania
przyrządów
kontrolno-pomiarowych
w przetwórstwie żywności,
−
scharakteryzować układy automatycznego sterowania procesami w przemyśle
spożywczym,
−
posługiwać się programami komputerowymi do wykonania rysunku technicznego.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
6
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
−
rozróżnić maszyny i urządzenia stosowane do procesów dyfuzyjnych, fizykochemicznych
i biotechnicznych w przemyśle spożywczym,
−
określić budowę i zasadę działania maszyn i urządzeń do ekstrakcji, destylacji i sorpcji,
−
określić budowę i zasadę działania maszyn i urządzeń do emulgowania, krystalizacji
i innych procesów fizykochemicznych,
−
określić budowę i zasadę działania maszyn i urządzeń stosowanych w procesach
biotechnicznych,
−
zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony przeciwpożarowej
podczas obsługi maszyn i urządzeń do procesów dyfuzyjnych, fizykochemicznych
i biotechnicznych w przemyśle spożywczym,
−
obsłużyć maszyny i urządzenia stosowane do procesów dyfuzyjnych, fizykochemicznych
i biotechnicznych w przemyśle spożywczym,
−
skorzystać z instrukcji serwisowych i dokumentacji technicznej dotyczącej eksploatacji
maszyn i urządzeń do procesów dyfuzyjnych, fizykochemicznych i biotechnicznych.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
7
4. MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1. Maszyny i urządzenia stosowane w procesach dyfuzyjnych
4.1.1. Materiał nauczania
Dyfuzja jest zjawiskiem wzajemnego przenikania cząsteczek jednej substancji względem
cząsteczek drugiej w gazach, cieczach i ciałach stałych.
Na ogół wyższa temperatura sprzyja dyfuzji i w praktyce operacje typu dyfuzyjnego
zazwyczaj są pobudzane lub związane z operacjami cieplnymi.
Do ważniejszych operacji dyfuzyjnych, występujących w technologii żywności, są
zaliczane: ekstrakcja, destylacja, sorpcja, krystalizacja i suszenie.
Ekstrakcja
Ekstrakcja jest to operacja (lub zespół operacji) wydobywania z mieszaniny stałej, płynnej
lub gazowej określonego składnika lub grupy składników, za pomocą odpowiedniego
rozpuszczalnika, w którym składniki wykazują różną rozpuszczalność.
Materiał poddany ekstrakcji nazywa się surówką, a rozpuszczalnik, kontaktujący się
z surówką - ekstrahentem.
W wyniku przeprowadzonej ekstrakcji z surówki otrzymuje się ekstrakt, tj.
wyekstrahowany składnik wraz z rozpuszczalnikiem, oraz rafinat, czyli wyekstrahowaną
surówkę. Późniejsze oddzielenie ekstrahowanego składnika od rozpuszczalnika odbywa się
przez destylację, krystalizację, ultrafiltrację lub inne operacje.
Urządzenia, w których przeprowadzana jest ekstrakcja można podzielić przyjmując różne
kryteria:
−
w zależności od stanu skupienia materiału podlegającego ekstrakcji można je podzielić na
ekstraktory do ciał stałych i ekstraktory do cieczy;
−
w zależności od charakteru pracy aparaty te dzielą się na ekstraktory o działaniu
okresowym, półciągłym i ciągłym;
−
w zależności od kierunku przepływu surówki i rozpuszczalnika - na przeciwprądowe,
współprądowe, o idealnym wymieszaniu, kombinowane;
−
w zależności od rodzaju cyrkulacji rozpuszczalnika - na ekstraktory o jednokrotnym
przepływie, z recyrkulacją i zraszane.
W ekstraktorach pracujących w układzie ciało stale – ciecz, cząstki ciała stałego mogą
stanowić warstwę nieruchomą, ruchomą lub warstwę w stanie fluidalnym.
Podstawowe typy konstrukcyjne ekstraktorów są klasyfikowane według następujących
cech:
−
w zależności od kształtu korpusu aparatu - na kolumnowe i zbiornikowe;
−
w zależności od rodzaju urządzenia transportującego - na ślimakowe, łapowe,
łańcuchowe, koszowe, taśmowe;
−
w zależności od położenia korpusu - na poziome, pionowe i pochyłe.
Do najpowszechniej stosowanych w przemyśle spożywczym ekstraktorów do ciał stałych
zalicza się ekstraktory bateryjne, ślimakowe, taśmowe i koszowe.
W przemyśle spożywczym do ekstrakcji w układzie ciało stale - ciecz znajdują jeszcze
szerokie zastosowanie ekstraktory o działaniu okresowym i półciągłym, mimo że należą do
grupy aparatów przestarzałych.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
8
Ekstraktory bateryjne występują jako zespoły zbiorników (w ilości 4 – 16) zwanych
dyfuzorami. Każdy dyfuzor pracuje w sposób okresowy, natomiast bateria jako całość pracuje
w sposób ciągły.
Dyfuzory są to zbiorniki o małej objętości, ustawiane pionowo, czasem wyposażone
w mieszadło. Otwór w górnej części aparatu służy do doprowadzania cząstek ciała stałego,
a w dolnej do ich wyładowywania. Otwory te są zamykane szczelnie pokrywami w sposób
mechaniczny lub hydrauliczny. Sito rozdzielcze może znajdować się w dolnej lub górnej części
dyfuzora. W dyfuzorach prowadzi się ekstrakcję jednostopniową.
Wadą ich jest duże zużycie rozpuszczalnika i długi czas ekstrakcji, w wyniku, czego
koszty eksploatacyjne tych ekstraktorów są wysokie.
Rys. 1. Dyfuzor [7, s.367]
1 – otwór załadunkowy, 2 – korpus dyfuzora, 3 – mieszadło palczaste,
4 – dno sitowe, 5 – napęd mieszadła, 6 – otwór wyładunkowy
Najczęściej poszczególne dyfuzory są łączone ze sobą szeregowo, wskutek czego
w baterii można prowadzić ekstrakcję wielostopniową przeciwprądową. Zamknięty układ
przewodów pozwala wyłączać okresowo jeden z dyfuzorów, który zawiera najbardziej
wyczerpaną surówkę (rafinat). W tym czasie wyładowuje się z niego cząstki ciała stałego
o niskiej zawartości substancji ekstrahowanej i załadowuje świeżą krajankę. Po załadunku
dyfuzor zostaje znowu włączony do układu cyrkulacji rozpuszczalnika, przy czym
w pierwszym etapie jest on zasilany ekstraktem, który wcześniej przepłynął już przez wszystkie
pozostałe dyfuzory. Równocześnie wyłącza się z baterii następny dyfuzor, zawierający
krajankę najbardziej wyczerpaną. Jest to dyfuzor, przez który w poprzednim etapie przepłynął
świeży rozpuszczalnik.
Główną wadą baterii dyfuzyjnej jest duży nakład pracy ręcznej przy jej obsłudze oraz
znaczne straty składnika ekstrahowanego podczas opróżniania poszczególnych dyfuzorów.
Zaletą tego typu aparatów jest przebywanie cząstek ciała stałego w nieruchomej warstwie,
wskutek czego nie ulegają one uszkodzeniu, co zapewnia lepsze warunki hydrodynamiczne
procesu. Ponadto na całej drodze dyfuzji występuje zbliżona różnica stężeń substancji
ekstrahowanej w ekstrakcie i rafinacie, wskutek czego proces ekstrakcji zachodzi z jednakową
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
9
szybkością w całej baterii. Otrzymuje się ekstrakt końcowy o zawartości substancji
ekstrahowanej zbliżonej do jej zawartości w krajance. Przepływ ekstraktu między
poszczególnymi dyfuzorami umożliwia łatwą kontrolę temperatury przebiegu procesu.
Rys.2. Bateria dyfuzyjna [7, s.368]
1 – dyfuzor, 2 – otwór załadunkowy, 3 – podgrzewacz, 4 – korpus dyfuzora, 5 – dno sitowe stożkowe,
I, II, N - dyfuzory
Ekstraktor dwuślimakowy jest zbudowany ze zbiornika złożonego z dwóch lekko
nachylonych do poziomu (o ok. 8%) cylindrów, częściowo zachodzących na siebie. Są, one
zaopatrzone od strony zewnętrznej w płaszcz grzejny. Wewnątrz zbiornika znajdują się dwa
przenośniki ślimakowe wykonujące ruch obrotowy w kierunku przeciwnym. Zwoje ślimaków
częściowo zachodzą na siebie, co utrudnia obrót materiału wraz ze ślimakiem. W dolnej części
zbiornika, przed ścianą czołową, znajduje się wewnętrzna przegroda sitowa, tworząca z tą
ścianą komorę do oddzielania ekstraktu. Sito jest oczyszczane za pomocą skrobaków
obracających się wraz ze ślimakiem. Aparat jest podzielony na kilka sekcji, na styku których
znajdują się łożyska wałów ślimaka. Zawieszenie łożysk spełnia rolę przeciwłap. To
rozwiązanie konstrukcyjne polepsza warunki hydrodynamiczne procesu. W górnej części
aparatu, ponad wałami ślimaków, znajduje się koło czerpakowe służące do usuwania rafinatu.
Nieco poniżej jest wlot rozpuszczalnika, który przepływa w ekstraktorze przeciwprądowo
w stosunku do cząstek ciała stałego.
Rys. 3. Ekstraktor ślimakowy [7, s.370]
1 – napęd przenośnika ślimakowego, 2 – zbiornik ekstraktora, 3 – zawieszenie łożysk, 4 – przenośnik
ślimakowy, 5 – koło czerpakowe, 6 - płaszcz grzejny, 7 – komory do oddzielania ekstraktu
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
10
Ekstraktory bateryjne stosowane są w przemyśle tłuszczowym. Tłuszcze roślinne
wydobywa się również w ekstraktorze ślimakowym lub koszowym.
W przemyśle owocowo - warzywnym do produkcji soków owocowych i warzywnych są
wykorzystywane przede wszystkim ekstraktory ślimakowe.
W przemyś1e koncentratów spożywczych do produkcji ekstraktów kawy i herbaty są
stosowane głównie ekstraktory bateryjne.
W przemyśle piwowarskim do produkcji ekstraktu chmielu są wykorzystywane
ekstraktory ślimakowe. Każda porcja chmielu jest poddawana czterokrotnemu ekstrahowaniu.
W przemyśle cukrowniczym, oprócz ekstraktorów bateryjnych, są stosowane
odpowiednie typy ekstraktorów ciągłych (dyfuzorów): bębnowy, taśmowy, ślimakowy.
Rys. 4. Działanie ekstraktora bębnowego [2, s.154]
1 – krajalnica, 2 – waga taśmowa, 3 – zaparzalnik krajanki, 4 – zagrzewacz, 5 – skrzynia soku surowego
odciąganego i zawracanego, 6 – łapacz miazgi z soku surowego, 7 – bęben ekstraktora, 8 – zawory,
9 – dozowniki, 10 – zbiornik gorącej wody, 11 – zbiornik zimnej wody
Ekstrakcja w układzie ciecz – ciecz stanowi w technologii żywności zazwyczaj jeden
z elementów złożonego procesu technologicznego.
Destylacja
Destylacja stosowana jest do rozdzielania ciekłych roztworów na poszczególne produkty
(frakcje). Rozdzielanie mieszanin dwu - i wieloskładnikowych odbywa się przez odparowanie
lotnych (w danych warunkach temperatury i ciśnienia) składników, a następnie skroplenie ich
i zebranie w odbieralniku.
W przemyśle spożywczym stosuje się m.in.:
−
destylację prostą (różniczkową),
−
destylację równowagową,
−
rektyfikację (destylację wielokrotną).
Największe znaczenie ma rektyfikacja stosowana w przemyśle spirytusowym oraz przy
produkcji aromatów w przemyśle owocowo - warzywnym.
Zastosowanie destylacji prostej jako niezależnej operacji w przemyśle spożywczym jest
ograniczone. Jest ona wykorzystywana tylko przy produkcji koniaków.
Destylacja prosta (różniczkowa) - polega na ogrzewaniu mieszaniny cieczy do wrzenia
pod stałym ciśnieniem, a następnie skropleniu powstałych oparów i zebraniu otrzymanego
destylatu.
Poprzez destylację można rozdzielić ciekłe mieszaniny, których poszczególne składniki
mają różną temperaturę wrzenia, czyli inną prężność pary w tej samej temperaturze. Przy
wrzeniu mieszaniny takich cieczy, w powstałych oparach jest większe stężenie składnika
bardziej lotnego (tzn. o niższej temperaturze wrzenia) niż w cieczy.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
11
Rys. 5. Przebieg destylacji prostej [10, s.90]
x, y - ułamki molowe składnika bardziej lotnego (odpowiednio) w cieczy i parze,
[kg składnika bardziej lotnego/kg mieszaniny składników]
Podczas wrzenia cieczy zawierającej x
1
składnika bardziej lotnego powstają opary,
w których udział składnika bardziej lotnego jest większy i wynosi y
1
. Opary te po całkowitym
skropleniu dają ciecz (destylat), w której udział składnika bardziej lotnego jest taki sam, jaki
był w oparach, czyli y
1
= x
1
’. W miarę przedłużania czasu destylacji okresowej maleje udział
składnika bardziej lotnego zarówno w cieczy jak i w parze. To powoduje, że wzrasta
temperatura wrzenia ciekłej mieszaniny. Ważną cechą destylacji jest również to, że w cieczy
pozostają ciała stałe, stąd proces destylacji może być wykorzystany również do zatężania
roztworów czy zawiesin.
Aparatura do destylacji prostej składa się z kotła destylacyjnego ze źródłem ciepła,
skraplacza i odbieralnika destylatu.
Rys.6. Aparatura do destylacji prostej
[3, s.11]
Większą czystość destylatu uzyskuje się podczas procesu destylacji prostej
z deflegmatorem (wymiennikiem ciepła). W deflegmatorze następuje częściowe skroplenie
dochodzącej z kotła destylacyjnego pary, poprzez jej ochłodzenie. Powstała ciecz, tzw. flegma,
jest bogatsza w składnik mniej lotny i spływa z powrotem do kotła. Wzbogacona w bardziej
lotny składnik para wędruje do skraplacza.
Destylacja równowagowa przeprowadzana jest w sposób ciągły, polega na:
−
podgrzaniu cieczy w wymienniku ciepła do temperatury wyższej od temperatury jej
wrzenia pod ciśnieniem atmosferycznym;
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
12
−
skierowaniu otrzymanej mieszaniny parowo – cieczowej do rozdzielacza, gdzie panuje
ciśnienie niższe niż ciśnienie równowagi dla wrzącej mieszaniny i gdzie następuje
natychmiastowe rozdzielenie mieszaniny na parę bogatą w składnik bardziej lotny i ciecz
bogatą w składnik mniej lotny;
−
skierowaniu oparów do skraplacza i odbieraniu z aparatu.
Rektyfikacja polega na wzbogaceniu par w składniki bardziej lotne, dzięki
przeciwprądowej wymianie ciepła i masy, między unoszącymi się w górę parami destylowanej
cieczy a spadającą w dół cieczą (flegmą).
W rektyfikacji rozdzielanie składników następuje przez oziębianie gorących par
i wydzielenie z nich składników o niższej lotności (wyższej temperaturze skraplania), a nie
przez doprowadzenie mieszanin cieczy do wrzenia i parowanie składników.
Rektyfikacja jest stosowana powszechnie w przemyśle, zwłaszcza gdy w skład mieszaniny
cieczy wchodzi kilka składników o zbliżonej temperaturze wrzenia. Wymaga ona zastosowania
instalacji, w skład której wchodzą specjalne aparaty, tzw. kolumny rektyfikacyjne, budowane
w kształcie pionowej wieży.
W celu zapewnienia dobrego kontaktu pary z flegmą stosuje się odpowiednie zabudowy
(lub wypełnienia) wnętrza kolumn. W przemyśle spożywczym są to najczęściej poziome
przegrody - półki kołpakowe albo sitowe.
Półka kołpakowa zawiera wiele rurek, doprowadzających parę z półki niższej do warstwy
cieczy spływającej z półki górnej. Rurki parowe są nakryte kołpakami, mającymi szczeliny na
obwodzie i są zanurzone w cieczy. Zadaniem kołpaków jest rozdzielenie dopływającej pary na
drobne strumienie, a nawet pęcherzyki, mieszające się z cieczą. Do spływania cieczy z póki
w dół służą rurki przelewowe, których wysokość reguluje grubość warstwy cieczy na półce.
Na każdej półce gorąca para powoduje wrzenie cieczy, a więc przebiega tu jednokrotna
destylacja, natomiast w całej kolumnie, zawierającej wiele półek, destylacja wielokrotna.
Destylacja odbywa się przy małym nakładzie energii, ponieważ do ogrzewania cieczy i jej
wrzenia wykorzystuje się ciepło wnoszone z parą.
Półka sitowa składa się z przegrody, zawierającej otwory średnicy ok. 3 mm, i przelewu
odpływowego. Para płynąca z półki niższej, przechodzi przez otwory i powoduje wrzenie
cieczy, spływającej z półki górnej. Wysokość warstwy cieczy na półce jest regulowana,
podobnie jak na półce kołpakowej, wysokością przelewu odpływowego. Ciecz nie może
spływać przez otworki, gdyż nie pozwala na to ciśnienie pary, unoszącej się do góry.
Rys. 7. Budowa półek kolumny rektyfikacyjnej a) półka kołpakowa, b) półka sitowa [2, s.163]
1 – kołpak, 2 – rura parowa (kominek), 3 – nacięcia (szczeliny), 4 – przelew odpływowy,
5 – perforowana część półki
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
13
Destylacja może być prowadzona okresowo lub w sposób ciągły.
Aparaty kolumnowe o działaniu okresowym są rzadko stosowane.
Do aparatów o działaniu ciągłym mieszanina do destylacji dopływa w sposób ciągły.
W czasie pracy oddestylowuje się składnik bardziej lotny, przy czym destylat i ciecz
wyczerpana odpływają z aparatu równocześnie. Budowane są jako urządzenia jedno- lub
kilkukolumnowe, najczęściej dwukolumnowe. Składają się z sześciu zasadniczych części
składowych: kotła, kolumny odpędowej, kolumny wzmacniającej, deflegmatora, chłodnicy
destylatu i zbiornika destylatu.
W aparatach jednokolumnowych kolumna wzmacniająca umieszczona jest na kolumnie
odpędowej, zaś w aparatach dwukolumnowych obie kolumny stoją obok siebie. Surówkę, np.
odfermentowany zacier, wprowadza się najpierw do deflegmatora, gdzie ogrzewa się ją
przeponowo parami destylatu. Ogrzana surówka jest wprowadzana na półkę zasilaną kolumny.
W kolumnie następuje rozdestylowanie mieszaniny, przy czym kolumna wzmacniająca (nad
półką zasilaną) spełnia tę samą rolę, co kolumna aparatu o działaniu okresowym, a kolumna
odpędowa pod półką zasilaną jest przeznaczona do zubożania mieszaniny spływającej z części
wzmacniającej. Para z ostatniej półki kolumny wzmacniającej jest kierowana do deflegmatora.
Skroplona część pary spływa na górną półkę kolumny. Pozostała para przechodzi do
chłodnicy, a stąd w postaci cieczy do zbiornika destylatu. Kocioł kolumny jest ogrzewany parą
grzejną przeponowo lub bezprzeponowo.
Rys. 8. Aparat jednokolumnowy do rektyfikacji ciągłej [7, s.423]
1 – kocioł, 2 – kolumna odpędowa, 3 – kolumna wzmacniająca,
4 – deflegmator częściowo skraplający, 5 - skraplacz, 6 – latarka przepływowa,
7 – zbiornik destylatu, 8 – doprowadzenie powrotu, 9 – odprowadzenie destylatu
Proces rozdzielania złożonej mieszaniny jest najczęściej realizowany w aparatach
wielokolumnowych.
Oprócz zasadniczych typów destylacji, występują różne ich odmiany (np.: destylacja pod
zmniejszonym
ciśnieniem, destylacja cząsteczkowa), dostosowane do właściwości
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
14
rozdzielanych składników (np. wrażliwość na działanie wysokiej temperatury, lotność).
Zakłócenia w normalnej pracy aparatów rektyfikacyjnych mogą być spowodowane
następującymi przyczynami:
−
niedostatecznym lub nadmiernym dopływem surówki,
−
zanieczyszczeniami surówki,
−
wadliwą konstrukcją,
−
uszkodzeniami niektórych części aparatu,
−
nieprawidłową obsługą.
Przykłady niewłaściwej obsługi aparatów są następujące:
−
zbyt szybkie rozgrzewanie aparatu podczas uruchamiania,
−
dopuszczenie do zalewania półek zacierem przez niedostateczną kontrolę działania
regulatora odpływu wywaru,
−
przekraczanie ustalonej wielkości dopływu zacieru do aparatu,
−
zbyt duże ochłodzenie deflegmatora,
−
nieprowadzenie ustalonych zapisów w książce aparatowej.
W celu umożliwienia prawidłowej obsługi aparat powinien być wyposażony w sprawnie
działające urządzenia kontrolno – pomiarowe m.in.: termometr, manometr. Zawory
regulacyjne powinny mieć tarczę ze skalą, co ułatwia prawidłowe ustalenie natężenia
przepływów.
Odwrócona osmoza
Odwrócona osmoza polega na przemieszczaniu się cząsteczek rozpuszczalnika przez
błonę półprzepuszczalną z roztworu bardziej stężonego do mniej stężonego (rozpuszczalnika),
odwrotnie niż w osmozie. Proces ten zachodzi tylko wtedy, jeżeli od strony roztworu
o wyższym stężeniu zastosuje się ciśnienie zewnętrzne wyższe od ciśnienia osmotycznego.
Wykorzystując odwróconą osmozę, można uzyskać zagęszczony roztwór wyjściowy przy
nieznacznej
modyfikacji
jego
składu
chemicznego,
ponieważ
w
zależności
od
przepuszczalności membrany wraz z rozpuszczalnikiem mogą przenikać niektóre mniejsze
cząsteczki. Ciśnienie zewnętrzne potrzebne do zmiany kierunku osmozy wynosi od 5 do 7,5 MPa.
Rys. 9. Zasada procesu odwróconej osmozy
a) stan początkowy, b) stan końcowy [3, s.16]
Urządzenia do odwróconej osmozy. Urządzenia do odwróconej osmozy powinny
zapewniać nie tylko właściwą wydajność i selektywność procesu, ale również muszą
charakteryzować się:
1) łatwością mycia i dezynfekcji,
2) łatwością wymiany membran,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
15
3) możliwością stosowania do zagęszczenia różnych roztworów.
Każde urządzenie do odwróconej osmozy składa się z pompy, zespołu membran oraz
odbiorników koncentratu i permeatu (filtratu). W procesie może być zastosowana recyrkulacja
lub układ szeregowy.
Rys.10. Schemat urządzenia do odwróconej osmozy a) obieg otwarty,
b) częściowa cyrkulacja roztworu [7, s.440]
1 – pompa, 2 – moduły membranowe, 3 – pompa cyrkulacyjna
Najistotniejszym elementem w urządzeniach do odwróconej osmozy są membrany. Skład
chemiczny i struktura molekularna błon do odwróconej osmozy są głównymi czynnikami,
decydującymi o szybkości dyfuzji substancji rozpuszczonych. Materiał służący do budowy tych
membran, winien mieć dużą przepuszczalność dla wody i jednocześnie dużą nieprzepuszczalność
dla składników rozpuszczalnych w wodzie. Błony są budowane najczęściej z octanu celulozy,
mieszanych estrów celulozy, poliamidów (zmodyfikowanej formy nylonu) i innych tworzyw.
Również grubość tych błon jest ważna i wynosi od 0,05 do 0,1 μm.
Membrany są wykonywane w postaci elementów płaskich i elementów rurowych.
Zaletą elementów rurowych jest to, że są one produkowane jako łatwo wymienne moduły.
Wśród nich wyróżnia się:
§ Elementy rurowe o dużej średnicy. Są one
wykonane w ten sposób, że wewnątrz porowatej rury
z włókna szklanego jest nałożona membrana. Gęstość
upakowania membrany jest mała i wynosi 0,33 do
3,27 m
2
/m
3
. Moduły produkowane z tych elementów
zawierają od kilku do kilkunastu rur o łącznej
powierzchni
dochodzącej
do
kilku
metrów
kwadratowych.
Rys.11. Element rurowy o dużej średnicy
[7, s.440]
1 – roztwór, 2 – membrana, 3 – rura z włókna szklanego
§ Elementy wykonane z rurek o średnicy od 5 do 100 μm. Gęstość upakowania
membrany wynosi 327 do 654 m
2
/m
3
. Moduły są wykonane w ten sposób, że rurki z membrany
zostają ułożone wokół porowatej rury zasilającej i wprowadzone do rury metalowej. Porowata
rura zasilająca z jednej strony jest zaślepiona, tak że roztwór zasilający wypełnia przestrzenie
między rurkami membranowymi.
Z jednej strony modułu jest odbierany koncentrat z przestrzeni międzyrurowej, a z drugiej
strony jest odbierany permeat wypływający z wnętrza rurek
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
16
Rys.12. Moduł wykonany z rurek membranowych o małej średnicy [7, s.440]
1 – kolektor koncentratu, 2 – porowata rura, 3 – kolektor przesączu, 4 – rurki
§ Elementy zwojowe wykonywane są w ten sposób, że porowaty materiał spełniający rolę
kolektora permeatu jest obustronnie pokryty membraną, a następnie pokryty materiałem
nieprzepuszczalnym. Po zamknięciu na bokach i jednym końcu całość zostaje zwinięta i umieszczona
w rurze metalowej. Gęstość upakowania membrany wynosi od 8,16 do 16, 32 m
2
/m
3
.
Rys.13. Element membranowy zwojowy [7, s.440]
1 - siatka, 2 – materiał porowaty (kolektor przesączu), 3 - rura zbiorcza przesączu, 4 – membrana
Elementy płytowo-ramowe wzorowane są na prasach filtracyjnych Gęstość upakowania
membrany wynosi 1,64 do 3,27 m
2
/m
3
. Kanały przepływu roztworu zagęszczonego mają
wysokość 0,3 - 0,5 mm, a prędkość przepływu nie przekracza 0,5 m/s.
W przemyśle spożywczym do odwróconej osmozy są stosowane wszystkie typy
elementów, jednak ich przydatność w zależności od rodzaju produktów jest różna. Najbardziej
uniwersalne są moduły z rurami o dużej średnicy. Elementy zwojowe oraz zawierające rurki
o małej średnicy wymagają roztworów klarownych, nie tworzących osadów w czasie
zagęszczania. Natomiast elementy płytowe mają zastosowanie w przypadku roztworów
o podwyższonej lepkości oraz przy zagęszczaniu serwatki.
Urządzenia do odwróconej osmozy składają się z kilku do kilkudziesięciu modułów, które
są zasilane równolegle.
Urządzenia rurowe są bardziej przydatne dla przemysłu spożywczego niż urządzenia
płytowe.
Odwrócona osmoza stosowana jest głównie do: odsalania wody morskiej i oczyszczania
ścieków oraz zagęszczania serwatki. Rzadziej jest stosowana do zagęszczania soków
owocowych, warzywnych, mleka odtłuszczonego, syropu klonowego oraz białka jaja kurzego.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
17
Ultrafiltracja podobnie jak odwrócona osmoza jest metodą membranową, w której
przenikanie cząsteczek roztworu przez błonę półprzepuszczalną wymuszone jest przez
ciśnienie zewnętrzne. Odwrócona osmoza różni się od ultrafiltracji gęstością błon i wysokością
stosowanego ciśnienia oraz charakterystyką przepływu filtratu. Ultrafiltracja dąży do
oddzielania wody wraz z rozpuszczonymi w niej składnikami, jak cukry proste, sole, jony itp.
i zatrzymania makrocząsteczek, małych kropelek tłuszczu, występujących w emulsjach,
koloidów itp.
Ultrafiltrację stosuje się do wydzielania białek z mleka, serwatki, do produkcji sera
i jogurtu.
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jaki jest cel przeprowadzania procesu ekstrakcji?
2. Z jakich elementów zbudowany jest dyfuzor?
3. Jak działa dyfuzor?
4. Jak działa bateria dyfuzorów?
5. Jakie zalety wynikają z zastosowania baterii dyfuzorów?
6. Jakie parametry należy określić by prawidłowo przeprowadzić proces dyfuzji?
7. Jaki jest cel przeprowadzania procesu destylacji?
8. Z jakich elementów składa się aparatura do destylacji?
9. Jaką rolę pełni deflegmator?
10. Jakie parametry należy określić by prawidłowo przeprowadzić proces destylacji?
11. Jakich podstawowych zasad należy przestrzegać podczas prawidłowej obsługi aparatów
rektyfikacyjnych?
12. Jaki jest cel stosowania odwróconej osmozy?
13. Na jakiej zasadzie działają urządzenia do odwróconej osmozy?
14. Jakie rodzaje membran stosowane są w procesie odwróconej osmozy?
15. Jakie są różnice i podobieństwa procesu odwróconej osmozy i ultrafiltracji?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Do podanych elementów budowy dyfuzora dobierz
odpowiednie cyfry od 1 do 6 tak by prawidłowo
opisywały budowę dyfuzora przedstawionego na
schemacie.
Dopasuj również do strzałek (pozostających na
schemacie bez opisu: pionowej i poziomej) następujące
określenia czynników: rafinat, surowiec
..... – dno sitowe,
..... – otwór wyładunkowy,
..... – mieszadło palczaste,
..... – otwór załadunkowy,
..... – korpus dyfuzora,
..... – napęd mieszadła,
Rys.14. Dyfuzor [7, s.367]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
18
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z dokumentacją dyfuzora,
2) przeanalizować schemat budowy dyfuzora,
3) opisać jego zasadę działania,
4) dopasować nazwy elementów budowy dyfuzora do cyfr oznaczonych na schemacie (od 1
do 6) dopisując odpowiednie cyfry przy danym elemencie,
5) dobrać nazwy czynnika do odpowiednich strzałek na schemacie (pionowej i poziomej)
zapisując nazwy na schemacie w odpowiednim miejscu,
6) zaprezentować wyniki.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
dokumentacja techniczno - ruchowa dyfuzora,
−
podręcznik [7],
−
zeszyt,
−
przybory do pisania.
Ćwiczenie 2
Wyjaśnij działanie baterii dyfuzyjnej wypisując brakujące wyrazy do tekstu.
Dyfuzory można ............. szeregowo w baterie, w których prowadzi się ekstrakcję
wielostopniowo i przeciwprądowo. Pojedynczy dyfuzor pracuje w sposób okresowy natomiast
bateria jako całość jest urządzeniem o pracy .................. Materiał ekstrakcyjny pozostaje cały
czas w tym samym dyfuzorze, a tylko odpowiednio przełącza się przewody doprowadzające
.................. i odprowadzające ekstrakt. Na początku cyklu pracy baterii surowiec
z pierwszego dyfuzora wymywany jest czystym rozpuszczalnikiem, jednak do drugiego
i każdego kolejnego dyfuzora kieruje się już powstały wcześniej ........... Po uruchomieniu
pracy całej baterii czysty rozpuszczalnik kierowany jest do ............... z najdłużej
ekstrahowanym surowcem, a ekstrakt o najwyższym stężeniu doprowadza się do dyfuzora
napełnionego nową porcją surowca.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z budową i działaniem dyfuzora,
2) zapoznać się z budową i działaniem baterii dyfuzyjnej,
3) odczytać podany tekst i go przeanalizować,
4) wpisać brakujące wyrazy do tekstu,
5) zaprezentować wyniki ćwiczenia.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
plansze i foliogramy przedstawiające działanie baterii dyfuzorów
−
dokumentacja techniczno - ruchowa baterii dyfuzorów,
−
podręcznik [7],
−
zeszyt,
−
przybory do pisania.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
19
Ćwiczenie 3
Wyjaśnij działanie aparatury do destylacji z deflegmatorem. Określ cel stosowania
deflegmatora.
Rys.15. Aparatura do destylacji z deflegmatorem [3, s.11]
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z budową i działaniem aparatury do destylacji bez deflegmatora,
2) zapoznać się z budową i działaniem aparatury do destylacji z deflegmatorem,
3) określić różnice między destylacją bez a destylacją z deflegmatorem,
4) ocenić zastosowanie deflegmatora,
5) zapisać i zaprezentować wnioski.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
plansze i foliogramy przedstawiające budowę i działanie aparatury do destylacji,
−
podręcznik [3],
−
zeszyt,
−
przybory do pisania.
Ćwiczenie 4
Scharakteryzuj przykłady niewłaściwej obsługi aparatów rektyfikacyjnych i określ ich skutki.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z budową i działaniem aparatów rektyfikacyjnych,
2) wymienić przykłady niewłaściwej obsługi aparatów rektyfikacyjnych,
3) określić skutki niewłaściwej obsługi aparatów rektyfikacyjnych,
4) zapisać i zaprezentować wnioski.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
film dydaktyczny dotyczący eksploatacji aparatów rektyfikacyjnych,
−
dokumentacja techniczno – ruchowa aparatów rektyfikacyjnych,
−
zeszyt,
−
przybory do pisania.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
20
Ćwiczenie 5
Wyjaśnij budowę i zasadę działania ultrafiltru płytowego przedstawionego na schemacie.
Rys.16. Urządzenie do ultrafiltracji z membranami w postaci zestawu płaskich płyt [2, s.340]
1 - pompa, 2 – manometr, 3 – zawór regulujący ciśnienie, 4 – przegroda międzymembranowa, 5 – membrana,
6 – płyta wspierająca membranę i odprowadzająca filtrat, 7 – część centralna, 8 – dopływ cieczy,
9 – filtrat, 10 - koncentrat
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z budową i działaniem urządzeń do osmozy odwróconej,
2) przeanalizować schemat ultrafiltru pod kątem budowy,
3) przez analogię procesów odwróconej osmozy i ultrafiltracji dokonać analizy zasady
działania ultrafiltru płytowego,
4) zapisać i zaprezentować wnioski.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
plansze i foliogramy przedstawiające budowę i działanie urządzenia do ultrafiltracji
z membranami w postaci zestawu płaskich płyt,
−
zeszyt,
−
przybory do pisania.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
21
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) wskazać cel stosowania procesu dyfuzji?
2) zidentyfikować główne elementy budowy dyfuzora?
3) wskazać zalety zastosowania baterii dyfuzorów?
4) wyjaśnić budowę i działanie ekstraktora ślimakowego?
5) wyjaśnić proces destylacji?
6) zidentyfikować elementy aparatury do destylacji prostej?
7) określić różnice między destylacją przeprowadzaną z zastosowaniem
aparatury do destylacji z deflegmatorem lub bez?
8) wyjaśnić działanie kolumny rektyfikacyjnej?
9) wskazać podstawowe zasady jakie należy przestrzegać podczas obsługi
aparatów rektyfikacyjnych?
10) wyjaśnić proces odwróconej osmozy?
11) wskazać zasadę działania urządzeń do odwróconej osmozy?
12) określić różnice i podobieństwa procesu odwróconej osmozy
i ultrafiltracji?
13) wyjaśnić budowę i zasadę działania ultrafiltru płytowego?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
22
4.2. Maszyny
i
urządzenia
stosowane
w
procesach
fizykochemicznych
4.2.1. Materiał nauczania
Sorpcja
Sorpcja jest pojęciem ogólnym obejmującym zjawiska adsorpcji i absorpcji przebiegające
na granicy dwóch faz.
Adsorpcja polega na zmianie stężenia substancji w warstwie powierzchniowej innej
substancji.
Ciało, na powierzchni którego zachodzi adsorpcja, nazywa się adsorbentem, a substancja
gromadząca się na jego powierzchni - adsorbatem. Substancją, na której adsorbują się
cząsteczki, jest zwykłe ciało stałe, porowate, o rozwiniętej powierzchni. Adsorbatami są
cząsteczki gazów lub substancje rozpuszczone w roztworach albo znajdujące się w gazach.
W produkcji żywności adsorbentami są:
−
węgiel aktywny otrzymywany z drewna (węgiel drzewny) lub kości (węgiel kostny),
−
ziemie bielące (gliny i iły) będące kopalinami, do których zaliczamy ziemię hiszpańską,
ziemię Fullera i bentonity,
−
żelatyna,
−
agar,
−
skrobia modyfikowana.
Adsorpcja stosowana jest do usuwania cząstek powodujących zmętnienia, eliminowania
niepożądanych zapachów oraz do odbarwiania. Po adsorpcji usuwa się adsorbent wraz
z adsorbatem z oczyszczanej cieczy poprzez filtrację lub odwirowanie. Możliwa jest
regeneracja adsorbentu i ponowne jego zastosowanie.
Tabela 1. Przykłady zastosowania adsorpcji [3, s.36]
Rodzaj i typ aparatury do przeprowadzenia adsorpcji jest związany z okresowym lub
ciągłym sposobem prowadzenia procesu, sposobem kontaktu stopniowym lub ciągłym,
rodzajem adsorbentu i parametrami procesu.
Dodatkowo adsorbery można podzielić ze względu na położenie i stan ruchu adsorbentu
w adsorberze na adsorbery z warstwą: nieruchomą, ruchomą, fluidyzacyjną.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
23
Adsorber z warstwą nieruchomą. Jeżeli strumień gazu jest niewielki i okresowy,
o zmiennej wartości usuwanych składników, to przy małym ich stężeniu stosuje się nieruchomą
(nieregenerowalną) warstwę adsorbentu. Adsorbent może występować w postaci pakietów
lub wypełnienia pojemników o różnych kształtach. Adsorbent wymienia się, gdy jego
pojemność zbliża się do nasycenia. Jeżeli strumień gazu jest duży to adsorbcję (ze względów
ekonomicznych) prowadzi się z warstwą regenerowaną.
W zależności od wysokości warstwy rozróżnia się adsorbery z płytką lub wysoką
warstwą. Warstwy płytkie (cienkie) umieszcza się między perforowanymi przegrodami, często
w postaci siatek. Ze względu na ograniczoną pojemność sorpcyjną takiej warstwy umieszcza
się zwykle większą ich liczbę w układzie pionowym lub poziomym. W celu skrócenia czasu
i zachowania ciągłości procesu stosuje się baterie adsorpcyjne, składające się z dwóch lub kilku
adsorberów.
Rys.17. Adsorber z nieruchomą warstwą adsorbentu [9, s.197]
1 – warstwa adsorbentu, 2 – ruszt oporowy, 3 – odlot gazu po adsorpcji,
4 – wlot gazu, 6 – odlot opatów z desorpcji
Adsorber rotacyjny posiada tzw. rotory tarczowe lub bębnowe, obracające się wokół osi
poziomej lub pionowej. Rotory mają strukturę blokową, o dużej powierzchni wewnętrznej, lub
wstęgową z taśmy impregnowanej odpowiednim adsorbentem. Układ taki, jako bardzo zwarty, jest
stosowany głównie do usuwania z gazów odlotowych lotnych rozpuszczalników organicznych przy
stężeniach mniejszych od 2 g/m
3
, a takie do ich zatężania w strumieniu gazu.
Rys.18. Schemat adsorbera rotacyjnego i wycinek bębna wypełnionego adsorbentem
w postaci taśmy (tkaniny) karbowanej węgla aktywnego [9, s.198]
1 - bęben, 2 - napęd, 3 – podgrzewacz,
GO – gaz oczyszczony, GZ – gaz wlotowy, CR – czynnik regeneracyjny
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
24
W przemyśle spożywczym szerokie zastosowanie mają aparaty o działaniu okresowym do
odbarwiania układów ciekłych, występują one w postaci kolumn, filtrów lub mieszalników.
Adsorbery o działaniu ciągłym do adsorpcji składników zawartych w cieczach mają
budowę podobną do budowy ekstraktorów układu ciecz – ciało stałe i działają na tej samej
zasadzie.
Zjawisko adsorpcji zachodzi również w operacjach tj.:
−
w trakcie mycia - na powierzchni cieczy adsorbują się substancje obniżające napięcie
powierzchniowe, czyli środki myjące,
−
w czasie emulgowania związki zwane emulgatorami adsorbują się na powierzchni cząstek
cieczy tworzących emulsje i stabilizują ją,
−
w trakcie usuwania soli mineralnych z mleka i serwatki przy produkcji odżywek dla dzieci,
−
w czasie aglomerowania (łączenia się) cząstek materiałów sproszkowanych w produkcji
mleka w proszku, kakao, kawy i herbaty rozpuszczalnej.
Absorpcja polega na pochłanianiu substancji i równomiernym jej rozprowadzaniu
(dyfuzji) w całej objętości jednej z faz.
Faza pochłaniająca substancję to absorbent, faza pochłaniana - to absorbat. W technologii
żywności najczęściej ma miejsce pochłanianie gazu przez ciecz.
Wysokie ciśnienie, duże stężenie składników w fazie gazowej i niska temperatura
w układzie sprzyjają procesowi absorpcji.
Jednym ze sposobów wprowadzenia gazu do cieczy jest przepuszczenie go tuż nad
powierzchnią cieczy.
Ze względu na sposób rozwinięcia powierzchni kontaktu gaz – ciecz wyróżnia się
absorbery:
−
powierzchniowe,
−
wypełnione,
−
natryskowe,
−
barbotażowo – półkowe.
Absorber powierzchniowy – powierzchnia międzyfazowa gaz – ciecz stanowi tu
powierzchnię swobodną cieczy. Absorbery te stosowane są do absorpcji gazów dobrze
rozpuszczalnych, w tym również przebiegającej z wydzieleniem znacznego strumienia ciepła.
Absorbery powierzchniowe stanowią: zbiorniki poziome, cylindryczne lub prostopadłościenne
zaopatrzone w wężownice chłodzącą, jeżeli jest to konieczne. Absorbery są wykonane
z materiałów odpornych na działanie chemiczne substancji biorących udział w procesie.
Rys.19. Absorber powierzchniowy [9, s.189]
1, 2 – wlot i odlot gazu, 3 – wlot cieczy
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
25
Do grupy absorberów powierzchniowych zalicza się również aparaty ze spływającą
warstewką cieczy – absorbery warstewkowe. Warstewki cieczy absorbentu spływają przeciw-
lub współprądowo, w stosunku do gazu, po powierzchni wewnętrznej rurek w absorberze
rurowym (jest to konstrukcja zbliżona do wymiennika ciepła płaszczowo - rurowego) lub po
płaskich, równoległych płytach w absorberze płytowym. Absorbery te są instalowane w pozycji
pionowej. Warunkiem ich poprawnego działania jest równomierne rozprowadzenie cieczy
(absorbentu) na poszczególne rurki i płyty, jak również właściwy stosunek rozpuszczalnika do
strumienia masy gazu, poniżej prędkości zalewania (przeciążenia fazą ciekłą).
Absorber wypełniony – faza ciekła podawana jest na szczyt aparatu i rozprowadzana
w wypełnieniu, po który ścieka grawitacyjnie w postaci filmu o pewnej grubości. Faza gazowa
przepływa ruchem wymuszonym w przeciwprądzie od dołu ku górze przez puste przestrzenie
wypełnienia. Przy prawidłowym zwilżaniu i przy całkowitym pokryciu powierzchni
wypełnienia filmem cieczy zyskuje się największą powierzchnię styku faz. Aby aparat
z wypełnieniem pracował efektywnie, ciecz musi być rozdzielana równomiernie w całej jego
objętości. W tym celu wypełnienie składa się z elementów, które zapewniają jak największą
powierzchnię kontaktu, przy optymalnych stratach ciśnienia.
Rys.20. Absorber z wypełnieniem [6, s.156]
1 – wlot gazu, 2 – wlot cieczy, 3 – wylot gazu, 4 – wylot cieczy
Absorbery natryskowe zwane skruberami, stanowią komory lub kolumny o przekroju
prostokątnym lub kołowym zasilane cieczą zwykle w stanie rozproszonym lub też ciecz jest
rozpylana na krople strumieniem absorbowanego gazu. Ze względu na kierunek przepływu
gazu względem cieczy w aparacie, wyróżnia się trzy zasadnicze rodzaje absorberów
natryskowych: przeciwprądowe, współprądowe i z przepływem krzyżowym. W absorberach
przeciwprądowych ciecz rozpylona na krople, u góry aparatu, opada przeciwprądowo
w strumieniu gazu płynącym do góry. Rozpylanie cieczy odbywać się może za pomocą jednej
lub wielu dysz, rozmieszczonych w jednym lub kilku równoległych rzędach. W absorberach
z krzyżowym przepływem strumienia gazu i cieczy natrysk kropel jest skierowany na poziomo
przepływający gaz, natomiast we współprądowych zgodnie z kierunkiem przepływu gazu.
Do absorberów tego rodzaju zalicza się również skrubery ze stycznym wlotem gazu
i natryskiem skierowanym promieniowo od środka do ściany, zwane – absorberami
odśrodkowymi. Stosowane są one często do absorpcji z jednoczesnym odpylaniem gazów.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
26
Rys.21. Skruber odśrodkowy [9 s.134]
1 – doprowadzenie wody, 2 – kolektor rozpyłu, 3 - wlot styczny gazu zapylonego
Absorbery barbotażowo – półkowe stanowią aparaty typu zbiornikowego lub
kolumnowe, w których strumień gazu w postaci pęcherzyków porusza się względem fazy
ciągłej, cieczy lub zawiesiny. Do grupy tych aparatów można zaliczyć absorber
jednostopniowy, wielostopniowy, lub ich modyfikacje, np. cyrkulacyjny lub strumieniowy.
W przemyśle spożywczym absorpcję gazów wykorzystuje się w różnych branżach.
Spośród używanych gazów największe zastosowanie ma dwutlenek węgla, dwutlenek siarki
i powietrze.
Tabela. 2. Przykłady zastosowania absorpcji [3, s.38]
Zjawisko absorpcji zachodzi również w produkcji szampana. W odróżnieniu od win
musujących, oryginalny szampan, produkowany wyłącznie z winogron rosnących w Szampanii
we Francji, wysycany jest dwutlenkiem węgla powstającym w procesie naturalnej fermentacji.
Desorpcja jest to proces odwrotny do adsorpcji i absorpcji. Służy odzyskiwaniu gazów
użytych wcześniej do absorpcji np. desulfitacji moszczów oraz do regeneracji adsorbentów,
np. węgla aktywnego.
Urządzenia stosowane do odzyskiwania gazów (rekuperatory do gazów) mają różną
konstrukcję, dostosowaną do specyfiki poszczególnych przypadków desorpcji.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
27
Emulgowanie
Emulgowanie to tworzenie stałej emulsji poprzez dokładne wymieszanie dwu lub więcej
niemieszających się płynów w ten sposób, że jeden (faza rozproszona) jest zdyspergowany
w postaci bardzo małych kropelek w drugim (faza ciągła).
W przetwórstwie żywności emulsje składają się najczęściej z wody oraz tłuszczu. Z tych
samych faz (wodnej i olejowej) można otrzymać zarówno emulsję typu olej w wodzie (o/w)
jak i woda w oleju (w/o). Typowymi emulsjami są: mleko, sosy, majonezy, margaryny.
Emulsję można otrzymać metodą mechaniczną, polegającą na intensywnym mieszaniu
dwóch faz. Taka emulsja szybko traci jednolity charakter, czego rezultatem jest niepożądane
rozwarstwienie faz.
Z tego powodu do otrzymania emulsji stosuje się emulgatory – substancje obniżające
napięcie powierzchniowe na granicy dwóch faz, co umożliwia wytworzenie trwałych, nie
rozwarstwiających się połączeń.
W wielu produkcjach stosowane są naturalne emulgatory np. lecytynę.
Emulgatory są stosowane w produkcji:
−
margaryny - ułatwiają wytworzenie stabilnej emulsji typu w/o,
−
lodów - stanowią element wiążący miedzy frakcją lipidową i białkową,
−
pieczywa - wzajemne oddziaływanie emulgatorów ze skrobią, białkami (gluten) i lipidami
mąki zwiększają adsorbcję wody, zdolność pęcznienia i kleikowania oraz lepkość ciasta,
dzięki temu uzyskuje się mniejsze odparowanie wody w czasie wypieku, większą
porowatość, lepszą teksturę oraz większą trwałość pieczywa,
−
wyrobów czekoladowych - wykorzystanie - lecytyny obniża lepkość masy, zapobiega
krystalizacji masła kakaowego, poprawia rozproszenie fazy tłuszczowej, co ułatwia
rozprowadzanie dodatków w masie czekoladowej i pozwala na obniżenie zawartości
tłuszczu w gotowym wyrobie,
−
sosów majonezowych i sałatkowych - emulgatory warunkują jednolitość i trwałość
emulsji,
−
wędlin podrobowych i past (mięsno – tłuszczowych) – emulgatory ułatwiają rozproszenie
fazy tłuszczowej, zapobiegają wydzielaniu tłuszczu i poprawiają smarowność produktów,
−
zabielaczy do kawy, śmietanki i deserów - ułatwiają aglomerowanie i rozpuszczanie
produktów suszonych rozpyłowo.
Urządzenia do emulgowania nazywają się emulgatorami, są to m.in.:
§ Miksery - urządzenia wyposażone w wysokoobrotowe turbinki lub mieszadła typu
śmigłowego. Stosowane np. do emulgowania tłuszczu w wodzie z dodatkiem emulgatora –
lecytyny, wykorzystywanego jako dodatku technologicznego w produkcji pieczywa.
§ Emulsory (maszyny dyspergujące) działające na zasadzie pomp wirowych. Są nazywane
również homogenizatorami odśrodkowymi. Zawiesina lub emulsja jest wprawiana w ruch
obrotowy i pod działaniem siły odśrodkowej przetłaczana przez wąskie szczeliny, podobnie jak
w homogenizatorach ciśnieniowych. Część roboczą stanowi wirnik obracający się z prędkością
ok. 8000 obr/min, umieszczony w nieruchomym statorze. Stojan może być wymienny. Kształt,
wielkość i rodzaj perforacji stojana są dobierane do rodzaju produktu i pożądanego stopnia
rozdrobnienia. Emulsor umożliwia emulgację mleka, mieszanek lodowych, napojów
bezalkoholowych, zup, sosów, majonezów itp.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
28
Rys. 22. Element roboczy emulsora [2, s. 82]
1 – pręty mocujące, 2 – wał, 3 – rotor, 4 – stator (sito)
§ Homogenizator ultrasoniczny (ultradźwiękowy), w których fale mechaniczne wysokiej
częstotliwości (18 - 30 kHz), wytwarzane przez drgającą płytkę, powodują cykliczne
naprężenia i kawitację w cieczy o małej lepkości, prowadzące do powstawania emulsji
o kropelkach wielkości 1÷2 μm. Urządzenia te są używane do produkcji lodów spożywczych,
emulsji olejowych, a także do dyspergowania proszku w płynie.
Rys. 23. Homogenizator ultrasoniczny [2, s.68]
1 – doprowadzenie surowca, 2 - stroiciel, 3 – odprowadzenie produktu, 4 – czujnik - kryształ,
5 – płytka drgająca, 6 – szczelina
Krystalizacja
Krystalizacja jest to proces wydzielania z roztworu ciała stałego w postaci krystalicznej
lub proces powstania fazy stałej w postaci krystalicznej podczas krzepnięcia substancji będącej
w stanie ciekłym.
W technologii żywności krystalizacja jest stosowana do różnych celów, przede wszystkim do:
−
wydzielenia z surowca składnika w czystej postaci krystalicznej, stanowiącego główny
produkt końcowy np.: cukry, kwasy spożywcze;
−
krystalizacji składnika (lub składników) bez wydzielenia go (ich) z gotowego produktu;.
jakość gotowego produktu (np. lodów spożywczych, mleka zagęszczonego z dodatkiem
cukru, margaryny, masła, czekolady), zależy od tego jak małe są kryształy (im mniejsze
tym lepiej).
Do krystalizacji wykorzystuje się urządzenia zwane krystalizatorami.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
29
Ze względu na sposób osiągania przesycenia granicznego krystalizatory dzieli się na:
−
aparaty z chłodzeniem, których powierzchnia chłodząca jest nieruchoma (może nią być
np.: płaska wężownica lub płaszcz chłodzący) lub ruchoma (np. w kształcie dysku, rury)
spełniająca jednocześnie funkcję mieszadła,
Rys. 24. Powierzchnie chłodzenia krystalizatorów [2, s. 176]
−
aparaty z odparowaniem rozpuszczalnika (wyparki) – z naturalną lub wymuszoną
cyrkulacją, pracujące pod normalnym lub obniżonym ciśnieniem.
Krystalizator cylindryczny pionowy jest wyposażony w mieszadło łapowe. Dodatkowo
na końcach łap znajdują się szczotki zeskrobujące wydzielone na ściankach zbiornika kryształy.
Roztwór jest doprowadzany króćcem w górnej części krystalizatora, a wydzielone kryształy są
usuwane króćcem w dolnej części aparatu. Ługi pokrystaliczne są odprowadzane najczęściej
do następnego krystalizatora. Krystalizatory tego typu są często łączone szeregowo w baterie.
Rys. 25. Krystalizator cylindryczny pionowy
[7, s.387]
1 – zbiornik krystalizatora, 2 – płaszcz chłodzący, 3 – mieszadło łapowe,
4 – odprowadzenie roztworu do następnego krystalizatora.
Krystalizatory z chłodzeniem są, stosowane do krystalizacji ciał stałych, których
rozpuszczalność wydatnie zmniejsza się ze zmianą temperatury.
Gdy rozpuszczalność ciała stałego zawartego w roztworze niewiele zmniejsza się
z obniżeniem temperatury lub nawet wzrasta, potrzebne do przeprowadzenia krystalizacji
przesycenie roztworu uzyskuje się przez odparowanie części rozpuszczalnika. W tym celu
stosowane są warniki (wyparki). Tego typu proces stosuje się w procesie krystalizacji
sacharozy (gotowania cukrzyc).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
30
Krystalizator z odparowaniem rozpuszczalnika (krystalizator wyparny) –krystalizacja
przebiega w nim dzięki ciepłu doprowadzonemu z zewnątrz. Krystalizator posiada cyrkulację
wymuszoną. Dzięki zainstalowaniu mieszadła w komorze grzejnej uzyskuje się zwiększenie
szybkości cyrkulacji i polepszenie warunków przenikania ciepła.
Warniki jednokomorowe (krystalizatory wyparne) pracują pod zmniejszonym ciśnieniem.
Stosuje się wiele typów tych urządzeń różniących się konstrukcją, zwłaszcza pod względem
kształtu powierzchni ogrzewania i kadłuba aparatu.
Rys.26. Krystalizator wyparny z mieszaniem mechanicznym [9, s.167]
1 - korpus aparatu, 2 - komora grzejna, 3 - mieszadło, 4 - napęd mieszadła, 5 - separator kropel
W zależności od hydrodynamicznych warunków prowadzenia procesu krystalizatory dzieli
się na:
−
aparaty z naturalnym obiegiem roztworu substancji krystalizującej,
−
z wymuszonym obiegiem roztworu substancji krystalizującej.
Aparaty z chłodzeniem są wyposażone w mieszadła lub elementy wibrujące. Natomiast
w krystalizatorach z odparowaniem rozpuszczalnika jest stosowana cyrkulacja naturalna
lub wymuszona.
Naturalna cyrkulacja roztworu substancji krystalizującej jest spowodowana różnicą
gęstości oraz ruchem pęcherzy pary. Szybkość krystalizacji jest proporcjonalna do
częstotliwości cyrkulacji roztworu substancji krystalizującej z zawieszonymi kryształami. Na
szybkość krystalizacji i skład granulometryczny kryształów wywiera decydujący wpływ
częstotliwość przepływu roztworu przez strefę nagrzewania, dlatego w konstrukcjach
krystalizatorów dąży się do skracania drogi nagrzewania oraz stymulacji cyrkulacji roztworu.
Zastosowanie mieszadła w krystalizatorze skraca czas kontaktu między kryształami, utrudnia
więc powstawanie konglomeratów, a nawet powoduje rozbijanie części już wytworzonych.
Krystalizatory mogą pracować w sposób: okresowy lub ciągły.
W procesie krystalizacji okresowej do aparatu wprowadza się okreś1oną porcję
początkową roztworu, który jest doprowadzany do stanu przesycenia. Proces krystalizacji
może przebiegać z zasilaniem lub bez zasilania zawiesiny krystalizującej świeżymi porcjami
roztworu. Właściwości zawiesiny krystalizującej w danej chwili powinny być jednakowe
w całej objętości aparatu, ale zmieniają się w czasie.
Aparaty okresowe są, stosowane zwykle w przypadkach, gdy proces jest prowadzony
w niedużej skali lub, gdy proces technologiczny, w którym pewien fragment stanowi
krystalizacja trwa długo.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
31
W krystalizatorach o działaniu ciągłym krystalizacja przebiega przy ciągłym zasilaniu
roztworem świeżym i ciągłym odbiorze kryształów z aparatu. W dowolnym punkcie
krystalizatora o działaniu ciągłym skład zawiesiny krystalizującej jest stały w czasie, ale różny
w poszczególnych punktach aparatu. Krystalizatory tego typu umożliwiają, prowadzenie
procesu w optymalnych warunkach wzrostu kryształów.
Jednym z przykładów aparatów o działaniu ciągłym jest urządzenie z ruchomymi
przegrodami. Charakterystyczne jest skośne ustawienie aparatu wyposażonego w mieszadło
ślimakowe. Krystalizator stosowany jest w celu krystalizacji cukru w zagęszczonym soku
dyfuzyjnym. Sok gęsty jest doprowadzany z wyparki do krystalizatora dużego lub małego.
W krystalizatorze małym są przygotowane zarodki, które są kierowane do krystalizatora
dużego, gdzie następuje proces krystalizacji cukru.
Rys. 27. Krystalizator skośny o działaniu ciągłym [7, s.392]
1 – dopływ soku świeżego, 2 – wymiennik ciepła, 3 – wyparka, 4 – zbiornik przejściowy,
5 – krystalizator do przygotowania zarodków, 6 – pompy do podawania zagęszczonego soku,
7 – skraplacz, 8 – krystalizator wyposażony w mieszadło ślimakowe,
9 – pompa podająca zagęszczony sok z zarodkami, 10 – zbiornik zawiesiny kryształów
4.2.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Na czym polegają procesy: sorpcji, adsorpcji, absorpcji i desorpcji?
2. Na jakiej zasadzie oparte jest działanie adsorberów?
3. Jakie rodzaje absorberów stosowane są w przemyśle spożywczym?
4. Na jakiej zasadzie oparte jest działanie absorberów?
5. Na czym polega proces emulgacji?
6. Jakie urządzenia stosowane są do tworzenia emulsji?
7. Z jakich elementów zbudowany jest i jak działa emulsor?
8. Z jakich elementów zbudowany jest i jak działa homogenizator ultrasoniczny?
9. Na czym polega proces krystalizacji?
10. Jakie rodzaje krystalizatorów stosowane są w przemyśle spożywczym?
11. Na czym polega budowa i działanie krystalizatora z mieszadłem?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
32
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Na podstawie schematu kolumny adsorpcyjnej i opisu jej działania, zidentyfikuj elementy
oznaczone cyframi od 1 do 6. Korzystając z dokumentacji technicznej wyjaśnij zasady
prawidłowej eksploatacji urządzenia.
Schemat przedstawia kolumnę adsorpcyjną (filtr) do
odbarwiania syropów za pomocą węgla kostnego. Adsorber
jest to pionowe naczynie cylindryczne o wysokości 6 - 10 m
i średnicy 0,6 - 1,2 m. Adsorbent ładuje się do adsorbera
przez wsyp zaopatrzony w pokrywę. Do wyładowania
adsorbentu służy otwór. Węgiel sypie się na ruszt, na którym
ułożono metalowe sito i płótno. Syrop do filtrowania podaje
się przez przewód, do którego są przyłączone króćce
i zawory. Tymi króćcami podaje się syropy o różnym
zabarwieniu. W miarę nasycania powierzchni węgla
barwnikami doprowadza się syropy o coraz silniejszym
zabarwieniu. Pozwala to na pełne wykorzystanie zdolności
adsorpcyjnej węgla. Odbarwiony roztwór kieruje się do
kontrolnego filtru z tkaniną, w którym zatrzymują się
porwane kawałeczki węgla.
Rys. 28. Kolumna adsorpcyjna [7, s. 124]
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z dokumentacją techniczną kolumny adsorpcyjnej,
2) przeanalizować schemat budowy kolumny adsorpcyjnej,
3) nazwać elementy budowy kolumny oznaczone cyframi od 1 do 6,
4) wyjaśnij zasady eksploatacji kolumny adsorpcyjnej,
5) zapisać i zaprezentować wyniki.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
dokumentacja techniczna kolumny adsorpcyjnej,
−
foliogramy przedstawiające budowę kolumny adsorpcyjnej,
−
zeszyt,
−
przybory do pisania.
Ćwiczenie 2
Zidentyfikuj grupę absorberów przedstawionych na schematach. Do każdego z nich
dopasuj odpowiednią nazwę.
−
absorber jednostopniowy
- ….,
−
absorber strumieniowy
- ….,
−
absorber cyrkulacyjny
- ….,
−
absorber wielostopniowy
- …..
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
33
Rys. 29. Absorbery............................ [9, s. 191]
G – strumień masy gazu obojętnego, L – strumień masy rozpuszczalnika.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z klasyfikacją absorberów ze względu na sposób rozwinięcia powierzchni
kontaktu czynników gaz – ciecz,
2) przeanalizować zasadę działania absorberów,
3) nazwać grupę absorberów przedstawionych na schematach,
4) dopasować podane w ćwiczeniu nazwy do przedstawionych na rysunku typów
absorberów, dopisując odpowiednią literę (oznaczającą dany rodzaj absorbera) do nazwy,
5) przedstawić rozwiązanie.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
dokumentacje techniczne absorberów,
−
plansze i foliogramy przedstawiające budowę kolumny adsorpcyjnej,
−
podręcznik [9],
−
zeszyt,
−
przybory do pisania i rysowania.
Ćwiczenie 3
Rozwiąż krzyżówkę.
1. Przykład emulsji
2. Substancja obniżająca napięcie powierzchniowe na granicy dwóch faz, co umożliwia
wytworzenie trwałych nie rozwarstwiających się połączeń.
3. Homogenizator odśrodkowy wykorzystywany do emulgacji.
4. Emulgator stosowany jako dodatek technologiczny w produkcji pieczywa.
5. Urządzenie do emulgowania wyposażone w wysokoobrotowe mieszadło.
6. Jednym z elementów homogenizatora ultrasonicznego jest ................ płytka.
7. Perforowany element emulsora.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
34
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z przebiegiem emulgowania,
2) określić pojęcie emulgatora,
3) przeanalizować budowę i działanie urządzeń stosowanych do emulgowania,
4) rozwiązać krzyżówkę,
5) odczytać hasło i je zdefiniować.
6) zapisać i zaprezentować rozwiązanie.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
prospekty emulgatorów,
−
podręcznik [2],
−
zeszyt,
−
przybory do pisania.
Ćwiczenie 4
Wyjaśnij działanie krystalizatora pomady. Wyjaśnij przeznaczenie poszczególnych
elementów budowy krystalizatora m. in.: zaworu, mieszadła ślimakowego.
Ułóż instrukcję obsługi krystalizatora zgodną z zasadami bhp.
Rys.30. Schemat krystalizatora pomady [10, s.281]
1 – zbiornik na syrop wodno-cukrowy, 2- zawór, 3 – cylinder krystalizatora z mieszadłem (ślimakowym),
4 – dopływ wody do płaszcza chłodzącego, 5 – odpływ wody z płaszcza chłodzącego, 6 – wylot pomady
7
6
5
4
3
2
1
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
35
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z budową krystalizatora,
2) przeanalizować działanie krystalizatora pomady,
3) określić przeznaczenie poszczególnych elementów budowy krystalizatora m. in.: zaworu
i mieszadła ślimakowego,
4) w oparciu o zasady eksploatacji urządzenia zawarte w dokumentacji technicznej ułożyć
instrukcję obsługi krystalizatora,
5) zapisać i przedstawić wnioski.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
film dydaktyczny dotyczący eksploatacji krystalizatora,
−
dokumentacja techniczno-ruchowa krystalizatora pomady,
−
model krystalizatora pomady,
−
zeszyt,
−
przybory do pisania.
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) opisać procesy: sorpcji, adsorpcji, absorpcji i desorpcji?
2) wyjaśnić na jakiej zasadzie oparte jest działanie adsorberów?
3) wskazać rodzaje adsorberów stosowanych w przemyśle spożywczym?
4) wyjaśnić budowę i zasadę działania kolumny adsorpcyjnej?
5) określić zasady prawidłowej eksploatacji kolumny adsorpcyjnej?
6) sklasyfikować absorbery?
7) wyjaśnić na jakiej zasadzie oparte jest działanie absorberów?
8) wyjaśnić budowę i zasadę działania absorberów barbotażowo-
półkowych?
9) opisać proces emulgacji?
10) zidentyfikować urządzenia stosowane do emulgacji?
11) wyjaśnić budowę i zasadę działania homogenizatora ultrasonicznego?
12) opisać proces krystalizacji?
13) zidentyfikować urządzenia stosowane do krystalizacji?
14) wyjaśnić budowę i zasadę działania krystalizatora z mieszadłem ?
15) określić zasady prawidłowej obsługi krystalizatora zgodne z zasadami
bhp?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
36
4.3. Maszyny i urządzenia stosowane w procesach
biotechnicznych
4.3.1. Materiał nauczania
Biotechnologia jest sposobem produkowania żywności za pomocą naturalnych metod
biologicznych.
W przetwórstwie żywności dzięki tej technologii można kształtować:
−
cechy organoleptyczne produktów (smak, zapach, barwę),
−
zawartość składników odżywczych (np. białka, tłuszczu, cukrowców, wody).
Produkcja biomasy
Hodowla drobnoustrojów może być prowadzona w sposób okresowy, ciągły lub mieszany
(półciągły), w specjalnie zbudowanych i wyposażonych zbiornikach zwanych tankami
fermentacyjnymi albo bioreaktorami.
Bioreaktor (fermenter) jest głównie urządzeniem w każdym procesie biochemicznym,
w którym mikroorganizmy, komórki zwierzęce lub roślinne są wykorzystywane do
przetwarzania i wytwarzania produktów biologicznych.
Główną funkcją, jaką spełnia bioreaktor, jest kontrolowanie środowiska procesu w celu
zapewnienia warunków do optymalnego wzrostu lub wytwarzania odpowiednich komórek
w określonym środowisku.
Stosowane są trzy grupy bioreaktorów typu zbiornikowego:
−
bez mieszania mechanicznego i napowietrzania,
−
bez mieszania mechanicznego i z napowietrzaniem,
−
z mieszaniem mechanicznym i z napowietrzaniem.
Bioreaktory bez mieszania mechanicznego i napowietrzania to zbiorniki stosowane
tradycyjnie do okresowej produkcji wina, piwa, sera i in.
Podział bioreaktorów z napowietrzaniem i mieszaniem mechanicznym związany jest ze
sposobem rozproszenia - dystrybucji gazu, mieszaniem i przepływem cieczy.
Najczęściej stosowanym bioreaktorem jest klasyczny zbiornik z mieszadłem. Jako małe
aparaty reaktory te są wykonywane ze szkła, zaś przy dużych objętościach ze stali
kwasoodpornej. Mieszadło w wysokich zbiornikach jest wielowirnikowe, napędzane od góry
lub dołu. Liczba mieszadeł montowanych na wale zależy od wysokości poziomu cieczy
w zbiorniku. Aby zapewnić warunki dobrego mieszania mieszalnik jest wyposażony
w przegrody na ścianie bocznej.
Rys. 31. Reaktor okresowy
[9, s. 233]
1 – zbiornik, 2 – płaszcz grzejny, 3 – mieszadło, 4 - barboter
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
37
Bioreaktory, z racji konieczności zapewnienia sterylnych warunków przebiegu procesu,
muszą być szczelne, dlatego stosuje się specjalne dławice uszczelniające dla obracającego się
wału mieszadła. W bioreaktorach na skutek obecności w środowisku procesu substancji
powierzchniowo czynnych, często ma miejsce generowanie piany, co komplikuje przebieg
procesu i jest powodem zmniejszenia objętości roboczej reaktora, strat produktu i in.
Niszczenie piany w bioreaktorach stanowi często duży problem eksploatacyjny.
Bioreaktory z napowietrzaniem strumieniem powietrza są budowane w wielu
odmianach. Powietrze podawane jest od dołu bełkotką lub dyskiem rozpraszającym.
W bioreaktorach dużej pojemności zasilanie surowcami biologicznymi i powietrzem odbywa
się w kilku punktach. Chłodzenie może być wykonywane przez zainstalowanie wewnętrznego
wymiennika w rurze cyrkulacyjnej lub w zewnętrznej pętli cyrkulacji.
Rys.32. Bioreaktory: a) barbotażowy, b) fluidalny, c) cyrkulacyjny z przegrodą wewnętrzną,
d) cyrkulacyjny z rurą cyrkulacyjną, e) cyrkulacyjny z cyrkulacją zewnętrzną [9, s. 242]
Do zalet bioreaktorów z napowietrzaniem zalicza się min. występowanie małych sił ścinających,
co pozwala na wzrost mikroorganizmów i komórek zwierzęcych, łatwe utrzymanie warunków
sterylnych, możliwość budowy aparatów o wysokości do 60 m i średnicy do ok. 7 m z dobrą
rozpuszczalnością tlenu.
Wadę stanowią trudności w utrzymaniu stałych warunków procesowych w reaktorze, mało
sprawna separacja piany w górnej części reaktora, wysoki koszt inwestycyjny i przy dużej skali
aparatu znaczne zużycie energii.
Fermentacja
Fermentacja w znaczeniu mikrobiologicznym i biochemicznym, oznacza proces metaboliczny
beztlenowego zdobywania energii, polegający na odwodorowaniu związków organicznych.
W ujęciu technicznym termin „fermentacja” odnosi się również do tlenowych
katabolicznych przemian bakteryjnych, drożdżowych lub pleśniowych.
Procesy fermentacji stosowane są w przetwórstwie żywności, zarówno pochodzenia
roślinnego, jak i zwierzęcego, do:
−
utrwalania produktów spożywczych (kiszone ogórki i kapusta),
−
nadawania żywności pożądanych cech organoleptycznych, głównie smaku i zapachu
(np. kiszone ogórki i kapusta, salami, mleczne napoje fermentowane),
−
otrzymywania określonych produktów spożywczych (wina, piwa, wódki),
−
otrzymywania czystych składników odżywczych, dodatków do żywności, preparatów
enzymatycznych i innych.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
38
Najczęściej wykorzystywane rodzaje fermentacji to: mlekowa, alkoholowa, octowa,
propionowa.
Proces fermentacji przeprowadza się metodą okresową, półciągłą lub ciągłą. Fermentacja
może zachodzić zarówno w specjalnych zbiornikach jak i specjalistycznych urządzeniach.
Kadzie fermentacyjne otwarte (aluminiowe, stalowe, emaliowane) stosuje się przy
produkcji piwa (fermentacji brzeczki). Występują kadzie prostopadłościenne, skrzyniowe lub
cylindryczne (stojące lub leżące), wannowe o pojemność 3000 – 150000 l. W kadziach są
umieszczone urządzenia chłodnicze w postaci rur, z przepływającym wewnątrz medium
chłodzącym. Temperatura fermentacji wynosi ok. 5 – 6
0
C.
Bardzo ważnym czynnikiem, decydującym o właściwym przebiegu fermentacji jest
utrzymanie odpowiedniej czystości pomieszczenia, zbiorników i całej aparatury, ponieważ
brzeczka i piwo są bardzo dobrym podłożem do rozwoju drobnoustrojów niepożądanych.
Fermentor cylindryczno – stożkowy to pionowy zbiornik wykonany ze stali
kwasoodpornej wewnątrz polerowanej. Zbiorniki o pojemności powyżej 200000 l i wysokości
ok. 20 m buduje się zwykle jako wolno stojące, pokryte izolacją termiczną i zabezpieczone
z zewnątrz okładziną z blachy. Zbiorniki te stosuje się w browarach do procesu fermentacji
i leżakowania. Noszą one nazwę fermentorów, gdy zachodzi w nich ciśnieniowa fermentacja,
lub tankofermentorów (unitanków), gdy zachodzi w nich fermentacja, a po niej, w tym samym
zbiorniku, leżakowanie piwa.
Nowoczesne zbiorniki są w pełni zautomatyzowane, sterowane komputerem. Fermentory i
tankofermentory są wyposażone w armaturę ciśnieniową, próżniową, instalację do odzysku
dwutlenku węgla, kondycjonowania piwa, płaszczowe chłodzenie oraz instalację pozwalającą
na ściąganie drożdży, zdalny odczyt temperatury, ciśnienia i napełnienia. Mycie zbiorników
odbywa się dzięki podłączeniu do stacji mycia za pomocą obrotowych głowic umocowanych
w pokrywie zbiorników.
Rys.33. Fermentor cylindryczno-stożkowy [8, s. 178]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
39
Tank fermentacyjny – najczęściej zamknięty metalowy zbiornik o pojemności od kilku
do kilkunastu tysięcy litrów. Wykonany ze stali pokrytej wykładziną kwasoodporną lub stali
kwasoodpornej. Zbiornik fermentacyjny ma w górnej części otwór do odprowadzania CO
2
podczas fermentacji np. nastawu przy produkcji wina. Nastaw powinien zajmować ok. 80%
objętości zbiornika. Pozostałą przestrzeń pozostawia się wolną, co zapobiega wypływowi
fermentującego burzliwie, spienionego nastawu.
Rys.34. Tank fermentacyjny [4, s.120]
1 – właz, 2 – kran spustowy, 3 – laska miernicza, 4 – otwór do odprowadzania CO
2,
5 – płynowskaz,
6 – kran probierczy, 7 – czop fermentacyjny.
Fermentację przeprowadza się w wydzielonym pomieszczeniu zwanym fermentownią.
Powinna ona być wyposażona w urządzenia do regulacji temperatury (ogrzewanie,
chłodzenie). Musi być ona utrzymana w wyjątkowej czystości, co chroni nastawy przed
zakażeniem. Wydzielane podczas fermentacji duże ilości CO
2
muszą być usuwane za pomocą
sprawnie działającej wentylacji. Zaleganie CO
2
może stanowić zagrożenie dla życia
pracowników.
Tank do fermentacji metodą ciągłą – umożliwia zatrzymanie drobnoustrojów w cylindrze
z mikroporowatymi ścianami lub w części odgrodzonej półprzepuszczalną błoną, co zapobiega
ich wymywaniu.
Rys.35. Tank do fermentacji systemem ciągłym z zatrzymywaniem drobnoustrojów [2, s. 215]
1 – tank fermentacyjny, 2 – cylinder o ścianach porowatych, nie przepuszczalnych dla komórek
drobnoustrojów, 3 – mieszadło, 4 – doprowadzenie świeżej pożywki,
5 – odprowadzenie przefermentowanego podłoża.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
40
Fermentor tzw. acetator Fringsa umożliwia przebieg fermentacji octowej metodą
wgłębną, w której rozmnażanie bakterii zachodzi w całej masie zacieru.
Rys.36. Acetator Fringsa [2, s. 221]
1 – aerator, 2 – dopływ powietrza, 3 – dopływ zacieru octowniczego, 4 – odpływ zacieru przefermentowanego
5 – odpływ powietrza pofermentacyjnego, 6 – układ sterujący
Przykłady zagrożeń występujących w fermentowni.
W otoczeniu fermentorów otwartych występuje duże stężenie CO
2
w powietrzu. Dłuższe
przebywanie pracowników w tej atmosferze grozi utratą przytomności, a następnie śmiercią.
Wymagane jest, aby pomieszczenia fermentowni miały wentylację zapewniającą co najmniej
trzykrotną wymianę powietrza na godzinę.
Przy amoniakalnym chłodzeniu pomieszczeń może wystąpić wyciek amoniaku.
W pomieszczeniach takich powinna być zainstalowana wentylacja awaryjna.
Przed myciem kadzi należy sprawdzić w niej zawartość CO
2
przy użyciu odpowiedniego
miernika. Wejście do kadzi bez takiego sprawdzenia i całkowitego usunięcia CO
2
grozi
uduszeniem.
Dłuższe nachylanie się nad otwartą kadzią fermentacyjną grozi utratą przytomności
i wpadnięciem do piwa. Może to mieć miejsce przy codziennej kontroli przebiegu fermentacji
(pomiar temperatury i ekstraktu), dlatego podesty przy kadziach powinny być zamocowane
poniżej poziomu górnych krawędzi kadzi. Pracownicy muszą być wyposażeni w sprzęt ochrony
osobistej, tj. w pasy bezpieczeństwa z linkami, aparaty tlenowe, świece na przedłużaczach.
Poważnym zagrożeniem jest możliwość porażenia prądem elektrycznym w przypadku
niesprawnej instalacji elektrycznej.
Przy myciu i dezynfekcji tanków występują podobne zagrożenia (ze względu na CO
2
), jak
w kadziach fermentacyjnych. Wejście do kadzi jest dozwolone tylko przez dolny właz.
Stosowanie chemicznych środków do mycia i dezynfekcji wymaga stosowania odzieży
ochronnej (gumowych butów, rękawic, fartuchów, okularów).
Pracownicy fermentowni pracują w warunkach sztucznego oświet1enia, niedostatecznej
ilości świeżego powietrza, w niskiej temperaturze oraz przy wysokiej wilgotności.
Najbardziej bezpieczna jest fermentacja ciągła, ponieważ spełnia warunek automatyzacji
i hermetyzacji procesu technologicznego, odciążając pracowników od częstego i uciążliwego
mycia oraz odkażania kadzi. Kadzie powinny mieć ażurowe pomosty wykonane z gęstej
kratownicy zapobiegającej pośliźnięciu.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
41
4.3.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie są sposoby prowadzenia produkcji biomasy?
2. Jakie urządzenia stosowane są do produkcji biomasy?
3. Na jakiej zasadzie działa reaktor biomasy?
4. Jakie różnice w budowie występują pomiędzy reaktorami biomasy?
5. Na jakiej zasadzie przebiega proces fermentacji?
6. Jakie urządzenia stosowane są do fermentacji?
7. Jak zbudowana jest i jak działa kadź fermentacyjna?
8. Jakie zagrożenia wiążą się z prowadzeniem procesu fermentacji?
9. Jakie warunki trzeba spełnić by prawidłowo przeprowadzić fermentację?
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Scharakteryzuj ogólną budowę bioreaktorów. Określ cel zastosowania w bioreaktorach
takich elementów jak: mieszadło, płaszcz grzejny, barboter.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z budową różnych typów bioreaktorów,
2) przeanalizować budowę i działanie bioreaktorów,
3) przeanalizować funkcje jakie spełniają poszczególne elementy bioreaktorów (mieszadło,
płaszcz grzejny, barboter),
4) zapisać i zaprezentować wnioski.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
katalogi bioreaktorów,
−
modele bioreaktorów
−
podręcznik [9],
−
zeszyt,
−
przybory do pisania.
Ćwiczenie 2
Scharakteryzuj układ regulacji temperatury w kadzi fermentacyjnej. Dobierz odpowiednie
elementy podane poniżej do cyfr zaznaczonych na rysunku.
−
kadź,
−
wężownica,
−
miernik temperatury,
−
regulator [do regulatora doprowadzane są dwie wielkości (w postaci ciśnienia):
zamierzona i zadana (odpowiadające odpowiednim wartością temperatury)],
−
zadajnik [urządzenie, w którym przez zmianę pokrętła ręcznego otrzymuje się na
końcówce wyjściowej różne ciśnienia],
−
zawór regulacyjny [połączony jest z regulatorem].
W układzie regulacji zastosowana jest regulacja pneumatyczna, gdzie znajdują się tzw.
wyjścia pneumatyczne. Mierzonej temperaturze odpowiada wypracowane przez miernik
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
42
ciśnienie powietrza, które jest wprowadzone końcówką do dalszych członów układu regulacji.
Regulatory pneumatyczne przetwarzają mierzone wielkości na ciśnienie powietrza w zakresie
0,02 – 0,14 MPa. Miernik temperatury ustawiony jest tak by najniższa temperatura (ok. 20
o
C)
odpowiadała na wyjściu ciśnieniu 0,02 MPa, a najwyższa (ok. 40
o
C) odpowiadała 0,1 MPa.
Rys.37. Układ regulacji temperatury [5, s. 153]
1 – aerator, 2 – dopływ powietrza, 3 – dopływ zacieru octowniczego, 4 – odpływ zacieru przefermentowanego,
5 – odpływ powietrza pofermentacyjnego, 6 – układ sterujący
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się ze schematem układu regulacji temperatury kadzi fermentacyjnej,
2) dobrać odpowiednie elementy (podane w treści ćwiczenia) do cyfr zaznaczonych na
rysunku,
3) przeanalizować układ regulacji temperatury w kadzi fermentacyjnej,
4) zapisać rozwiązanie,
5) przedstawić wnioski.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
zeszyt,
−
przybory do pisania.
Ćwiczenie 3
Odpowiedz na pytania:
1. Jakie zagrożenia wiążą się z przeprowadzeniem procesu fermentacji?
2. Jakie podstawowe zabezpieczenia stosowane są przy urządzeniach fermentacyjnych?
3. Jakie środki ochrony indywidualnej i zbiorowej należy stosować przy pracy
w fermentowni?
4. Jaki sposób fermentacji jest najbardziej bezpieczny i dlaczego?
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z przepisami bezpieczeństwa i higieny pracy związanymi z procesem
fermentacji,
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
43
2) udzielić odpowiedzi na podane pytania,
3) wpisać odpowiedzi,
4) zaprezentować pracę.
Wyposażenie stanowiska pracy:
−
dokumentacja techniczno – ruchowa kadzi fermentacyjnej,
−
podręcznik [2],
−
zeszyt,
−
przybory do pisania.
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1) określić sposoby prowadzenia produkcji biomasy?
2) sklasyfikować reaktory biomasy?
3) wyjaśnić zasadę działania reaktora biomasy?
4) wskazać różnice w budowie reaktorów biomasy?
5) określić zalety i wady reaktorów z napowietrzaniem?
6) wyjaśnić zasadę przeprowadzania procesu fermentacji?
7) zidentyfikować urządzenia stosowane do fermentacji?
8) wyjaśnić budowę i działanie kadzi fermentacyjnej?
9) określić cechy urządzeń stosowanych do fermentacji?
10) dokonać analizy układu regulacji temperatury w kadzi fermentacyjnej?
11) wskazać zagrożenia jakie wiążą się z prowadzeniem procesu
fermentacji?
12) wyjaśnić podstawowe zasady bhp przy obsłudze urządzeń do
fermentacji?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
44
5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
1. Przeczytaj uważnie instrukcję.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Test zawiera 20 zadań wyboru czterokrotnego (tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa).
5. Test składa się z zadań o różnym stopniu trudności: zadania są z poziomu
ponadpodstawowego i z poziomu podstawowego.
6. Odpowiedzi udzielaj na załączonej karcie odpowiedzi. Prawidłową odpowiedź zakreśl „X”.
7. W przypadku pomyłki dotyczącej wyboru odpowiedzi poprzednio zaznaczoną odpowiedź
zakreśl „kółkiem” i zaznacz ponownie „X” właściwą odpowiedź.
8. Przestrzegaj podanej przez nauczyciela normy czasowej (40 min).
9. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
10. Porozumiewanie się z innymi uczniami lub korzystanie ze „środków pomocy” wiąże się
z otrzymaniem oceny niedostatecznej.
11. Jeżeli masz jakieś wątpliwości dotyczące testu spytaj nauczyciela.
12. Po skończonej pracy test wraz z kartą odpowiedzi oddaj nauczycielowi.
Życzę powodzenia
ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH
1. Ekstraktory w zależności od rodzaju cyrkulacji rozpuszczalnika dzieli się na:
a) ekstraktory do ciał stałych i ekstraktory do cieczy.
b) ekstraktory o działaniu okresowym, półciągłym i ciągłym.
c) przeciwprądowe, współprądowe, o idealnym wymieszaniu, kombinowane.
d) ekstraktory o jednokrotnym przepływie, z recyrkulacją i zraszane.
2. Przenośniki ślimakowe w ekstraktorze ślimakowym wykonują ruch obrotowy:
a) w tym samym kierunku.
b) w przeciwnym kierunku.
c) naprzemiennie w tym samym, a następnie przeciwnym kierunku.
d) naprzemiennie jeden się porusza, drugi jest w bezruchu.
3. Wyłączenie okresowe jednego dyfuzora z baterii stosuje się w celu:
a) załadowania świeżego surowca.
b) wyładowania wyczerpanej surówki i załadowania świeżej.
c) oszczędności.
d) zasilenia ekstraktorem.
4. W przemyśle cukrowniczym nie stosuje się ekstraktorów:
a) taśmowych.
b) bębnowych.
c) ślimakowych.
d) koszowych.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
45
5. W miarę destylacji maleje udział składnika lotnego w cieczy i parze, co powoduje:
a) wzrost temperatury wrzenia ciekłej mieszaniny.
b) obniżenie temperatury wrzenia ciekłej mieszaniny.
c) wzrost temperatury skraplania ciekłej mieszaniny.
d) obniżenie temperatury skraplania ciekłej mieszaniny.
6. Rolę deflegmatora w aparaturze do destylacji pełni:
a) kocioł destylatu.
b) odbieralnik destylatu.
c) wymiennik ciepła.
d) skraplacz.
7. Kolumna wzmacniająca w aparacie rektyfikacyjnym znajduje się:
a) za skraplaczem.
b) pod zbiornikiem destylatu.
c) pod kolumną odpędową.
d) nad półką zasilaną.
8. Prawidłowa obsługa aparatu rektyfikacyjnego polega na:
a) bardzo szybkim rozgrzaniu aparatu rektyfikacyjnego podczas jego uruchamiania.
b) maksymalnym ochłodzeniu deflegmatora.
c) niedopuszczeniu do zalewania zacierem półek.
d) oczyszczeniu zanieczyszczonej surówki.
9. W skład urządzenia do odwróconej osmozy nie wchodzi:
a) pompa.
b) skraplacz.
c) zespół membran.
d) odbiornik koncentratu.
10. Żelatyna to najczęściej stosowany adsorbent w produkcji:
a) wina.
b) soków owocowych.
c) olejów roślinnych.
d)
syropu skrobiowego
.
11. Ciecz doprowadzana do skrubera jest:
a) odparowywana.
b) kierowana do skraplacza.
c) rozprowadzana po wypełnieniu.
d) rozpylana.
12. Emulsję otrzymywaną sposobem mechanicznym uzyskuje się przez:
a) ubijanie.
b) rozcieranie.
c) intensywne mieszanie.
d) dokładne oddzielanie.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
46
13. Fale mechaniczne wysokiej częstotliwości wytwarzane są w homogenizatorze
ultrasonicznym przez:
a) drgającą płytkę.
b) obrotową płytkę.
c) drgające pręty.
d) obrotowe pierścienie.
14. Czynnik chłodzący w krystalizatorze z płaszczem chłodzącym, w stosunku do roztworu
poddawanego krystalizacji przepływa:
a) okresowo w tym samym kierunku.
b) okresowo w przeciwnym kierunku.
c) ciągle w tym samym kierunku.
d) ciągle w przeciwnym kierunku.
15. Ruchoma powierzchnia chłodząca w krystalizatorze występuje w postaci:
a) pierścienia.
b) ślimaka.
c) dysku.
d) płaszcza.
16. W linii technologicznej, w procesie krystalizacji cukru stosowany jest krystalizator:
a) wyparny.
b) z mieszadłem ślimakowym.
c) cylindryczny z pionowym mieszadłem.
d) z chłodnicą w postaci płaskiej wężownicy.
17. Do zalet bioreaktorów z napowietrzeniem można zaliczyć:
a) łatwość utrzymania stałych warunków procesu.
b) dobrą separację piany w górnej części reaktora.
c) łatwe utrzymanie warunków sterylnych.
d) małe zużycie energii.
18. Zautomatyzowany fermentor cylindryczno - stożkowy w swoim wyposażeniu nie zawiera:
a) armatury ciśnieniowej.
b) armatury próżniowej.
c) płaszcza chłodzącego.
d) mieszadła.
19. Acetator Fringsa to rodzaj:
a) krystalizatora.
b) emulgatora.
c) fermentatora.
d) absorbera.
20. Na trudne warunki pracy w fermentowni wpływa:
a) wysoka temperatura.
b) niska wilgotność.
c) duże natężenie oświetlenia.
d) niedostateczna ilość świeżego powietrza.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
47
KARTA ODPOWIEDZI
Imię i nazwisko..........................................................................................
Eksploatowanie maszyn i urządzeń stosowanych w procesach dyfuzyjnych,
fizykochemicznych i biotechnicznych
Zakreśl poprawną odpowiedź.
Nr
zadania
Odpowiedź
Punkty
1.
a
b
c
d
2.
a
b
c
d
3.
a
b
c
d
4.
a
b
c
d
5.
a
b
c
d
6.
a
b
c
d
7.
a
b
c
d
8.
a
b
c
d
9.
a
b
c
d
10.
a
b
c
d
11.
a
b
c
d
12.
a
b
c
d
13.
a
b
c
d
14.
a
b
c
d
15.
a
b
c
d
16.
a
b
c
d
17.
a
b
c
d
18.
a
b
c
d
19.
a
b
c
d
20.
a
b
c
d
Razem:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
48
6. LITERATURA
1. Chwiej M.: Aparatura przemysłu spożywczego. PWN, Warszawa 1984
2. Dłużewski M., Dłużewska A.: Technologia żywności. Cz.2. WSiP, Warszawa 2001
3. Jabłecka J., Zaworska A.: Podstawy przetwórstwa żywności. Cz.2. eMPi
2
, Poznań 2003
4. Jarczyk A.: Technologia żywności. Cz.3. WSiP, Warszawa 2001
5. Jarosz K., Jarociński J.: Gorzelnictwo i drożdżownictwo. WSiP, Warszawa 1994
6. Lewicki P. P. (red): Inżynieria procesowa i aparatura przemysłu spożywczego. Tom.1.
WN-T, Warszawa 1990
7. Lewicki P. P. (red): Inżynieria procesowa i aparatura przemysłu spożywczego. Tom.2.
WN-T, Warszawa 1990
8. Pazera T., Rzemieniuk T.: Browarnictwo. WSiP, Warszawa 1998
9. Warych J.: Aparaty i urządzenia przemysłu chemicznego i przetwórczego. WSiP,
Warszawa 1996
10. Zajączkowska A. (red): Podstawy przetwórstwa spożywczego. WSiP, Warszawa 1998