История развития науки о процессах и аппаратах

1.4. Технические свойства пищевых продуктов

В пищевой промышленности перерабатывают сырье и получают готовые продукты в различном агрегатном состоянии: твердом, жидком, паро- и газообразном. Для расчета процессов и аппаратов необходимо знать свойства пищевых продуктов и сырья.

Многие пищевые продукты представляют собой однородные и неоднородные смеси.
К однородным смесям относятся растворы, например сахарные, водно-спиртовые, соки и т. д. Однородные смеси характеризуются концентрацией растворенного вещества.
К неоднородным относятся смеси твердого вещества с жидкостью, а также смеси различных нерастворимых одна в другой жидкостей. Для характеристики неоднородных смесей вводят понятие объемной или массовой доли, например доли твердого вещества в жидкости.
Все свойства веществ можно разделить на физические (плотность, удельный вес, вязкость, поверхностное натяжение и др.) и теплофизические (удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность и др.). Данные об этих свойствах для различных веществ и растворов в зависимости от температуры и давления приводятся в справочниках.
Рассмотрим основные свойства веществ.
Плотность. Отношение массы тела (вещества) к его объему называют плотностью. Плотность (кг/м³)
p = М/V,
где М— масса тела, кг; V— его объем, м³.
Плотность представляет собой величину, обратную удельному объему у_уд, т. е. объему, занимаемому единицей массы вещества; ρ = 1/v_уд, где v_уд = V/М.
Плотность раствора зависит от его массовой доли С (рис. 2.1).
Отношение плотностей двух веществ называют относительной плотностью. Обычно относительную плотность веществ определяют относительно плотности дистил­лированной воды:
ρ_отн = ρ/ρ_в,
где ρ — плотность вещества; ρ_в — плотность воды.

Плотность суспензии (кг/м³)

ρ_с = ρ_твφ + ρ_ж(1 - φ),
где ρ_тв -плотность твердых частиц в суспензии, кг/м³; φ — доля твердой фазы в суспензии; р_ж — плотность жидкости, кг/м³.

Плотность сахарных сиропов, фруктовых соков, молока с сахаром при 20 °С находят по формуле

ρ ₂₀=10[1,42х + (100-х)],
где х — концентрация сухих веществ, %
При температурах, отличных от 20 °С, используют формулу
ρ_t= ρ₂₀ – 0,5(г-20),
где t - температура продукта, ⁰С.

Плотность томатопродуктов

р= 1016,76 + 4,4х - 0,53/.
Для характеристики сыпучих продуктов (зерна, сахарного песка, картофельной крупки и т. д.) вводят понятие насыпной плотности:
ρ_Н = (1 – ε) ρ_тв
где ρ_Н — насыпная плотность сыпучего продукта, кг/м³; ε — порозность (пористость) сыпучего материала; ε = Vм/ Vн; Vм — объем пустот свободно насыпанного материала, м³; V_H — объем свободно насыпанного материала, м; ρ_тв —действительная плотность частиц материала, кг/м³.

Для свободно насыпанных материалов порозность обычно находится в пределах ε = 0,38.-0,42.

Плотность газов (кг/м³) вычисляют по формуле Клапейрона:
ρ = ρ₀*Т₀р/Тр₀ = М(273р)/22,4(Тр₀)
где ρ₀= М/22,4 - плотность газа при нормальных условиях (Т_о – 273 К; р₀ = 1013 кПа), кг/м³; М-молекулярная масса газа, кг/моль, Т— абсолютная температура, К.

Плотность смеси газов

p_см= n₁ρ₁ + n₂ρ + n₃ρ + ……,
где n₁, n₂, n₃ — объемные доли компонентов газовой смеси; р₁, р₂, р₃ — соответствующие плотности компонентов.

Отношение веса тела к объему называют удельным весом и обозначают через Y: