Tehnoloski procesi z varstvom pri delu, embalaza in logistika

TEHNOLOKI PROCESI Z VARSTVOM PRI DELU, EMBALAA

IN LOGISTIKA

1. del

MIDHAT MULAOSMANOVI

Vijeolski strokovni program: ivilstvo in prehrana Ubenik: Tehnoloki procesi z varstvom pri delu, embalaa in logistika 1. del Gradivo za 1. letnik Avtor:

mag. Midhat Mulaosmanovi, univ. dipl. ing. IZOBRAEVALNI CENTER PIRAMIDA MARIBOR Vija strokovna ola in BIOTEHNIKI IZOBRAEVALNI CENTER LJUBLJANA Vija strokovna ola

Strokovna recenzentka: mag. Neva Malek, univ. dipl. in. kem. tehn. Lektorica: Jenny Mulaosmanovi, prof. slov. j. in soc. CIP - Kataloni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjinica, Ljubljana 663/664(075.8)(0.034.2) MULAOSMANOVI, Midhat Tehnoloki procesi z varstvom pri delu, embalaa in logistika [Elektronski vir] : gradivo za 1. letnik : 1. del / Midhat Mulaosmanovi. - El. knjiga. - Ljubljana : Zavod IRC, 2008. - (Vijeolski strokovni program ivilstvo in prehrana / Zavod IRC) Nain dostopa (URL): http://www.zavod-irc.si/docs/Skriti_dokumenti/ Tehnoloski_procesi_z_var._pri_delu_embal._in_log._1del-Mulaosmanovi c.pdf. - Projekt Impletum ISBN 978-961-6820-16-5 249099008

Izdajatelj: Konzorcij vijih strokovnih ol za izvedbo projekta IMPLETUM Zalonik: Zavod IRC, Ljubljana. Ljubljana, 2008

Strokovni svet RS za poklicno in strokovno izobraevanje je na svoji 120. seji dne 10. 12. 2009 na podlagi 26.

lena Zakona o organizaciji in financiranju vzgoje in izobraevanja (Ur. l. RS, t. 16/07-ZOFVI-UPB5, 36/08 in

58/09) sprejel sklep t. 01301-6/2009 / 11-3 o potrditvi tega ubenika za uporabo v vijeolskem izobraevanju.

Avtorske pravice ima Ministrstvo za olstvo in port Republike Slovenije. Gradivo je sofinancirano iz sredstev projekta Impletum Uvajanje novih izobraevalnih programov na podroju vijega strokovnega izobraevanja v obdobju 200811. Projekt oz. operacijo delno financira Evropska unija iz Evropskega socialnega sklada ter Ministrstvo RS za olstvo in port. Operacija se izvaja v okviru Operativnega programa razvoja lovekih virov za obdobje 20072013, razvojne prioritete Razvoj lovekih virov in vseivljenjskega uenja in prednostne usmeritve Izboljanje kakovosti in uinkovitosti sistemov izobraevanja in usposabljanja.

Vsebina tega dokumenta v nobenem primeru ne odraa mnenja Evropske unije. Odgovornost za vsebino dokumenta nosi avtor.

Tehnoloki procesi z varstvom pri delu, embalaa in logistika 1. del

I

VSEBINA 1 VSEBINA IN DEFINICIJE POJMOV TEHNIKA, TEHNOLOGIJA IN

PROIZVODNO TEHNOLOKI SISTEMI ................................................. 4 1.1 TEHNIKA ....................................................................................................................... 5 1.2 TEHNOLOGIJA ............................................................................................................. 6 1.3 SISTEMI, TEHNOLOKI SISTEMI, PROIZVODNO TEHNOLOKI

SISTEMI ......................................................................................................................... 8 1.3.1 Sistemi .................................................................................................................. 8 1.3.2 Tehnoloki sistemi ................................................................................................ 9 1.3.3 Proizvodno tehnoloki sistemi ............................................................................ 10 1.3.4 Osnovni elementi proizvodno tehnolokih sistemov....................................... 11

1.3.4.1 Vstopni elementi proizvodno tehnolokih sistemov.......................... 11 1.3.4.2 Sredstva za delo .................................................................................... 11 1.3.4.3 Predmeti za delo ................................................................................... 13

1.4 VPRAANJA ZA SAMOEVALVACIJO.................................................................... 14 2 KLASIFIKACIJA PROCESOV IVILSKE INDUSTRIJE.................... 15 2.1 VPRAANJA ZA SAMOEVALVACIJO.................................................................... 15

3 OSNOVE PROCESNE TEHNIKE ............................................................. 18 3.1 OSNOVNI POJMI ........................................................................................................ 19

3.1.1 Ravnanje z materialom in energijo .................................................................... 19 3.1.2 Pretok tekoine ................................................................................................... 20 3.1.3 Pretok fluida skozi utekoinjene plasti ............................................................... 23 3.1.4 Prenos toplote ..................................................................................................... 24

3.1.4.1 Prevodnost ............................................................................................ 25 3.1.4.2 Neenakomerna prevodnost ................................................................... 26 3.1.4.3 Konvekcija ............................................................................................ 27 3.1.4.4 Neenakomeren prenos toplote s pomojo prevodnosti in konvekcije .. 32

3.1.5 Toplotni viri in njihova uporaba pri predelavi ivil............................................ 34 3.1.5.1 Direktne metode.................................................................................... 35 3.1.5.2 Indirektna metoda ................................................................................. 35

3.2 VPRAANJA ZA SAMOEVALVACIJO.................................................................... 35 4 PROCESI PO PREDELAVI........................................................................ 36 4.1 PRELIVI ALI PREVLEKE .......................................................................................... 36

4.1.1 Materiali za prelive ............................................................................................. 36 4.1.2 Oprema za izdelavo prelivov .............................................................................. 37 4.1.3 Oblikovanje s testom in nanaanje prelivov ....................................................... 38 4.1.4 Zainjenje............................................................................................................ 38

4.2 PAKIRANJE ................................................................................................................. 39 4.2.1 Tisk ..................................................................................................................... 39 4.2.2 rtna koda........................................................................................................... 41 4.2.3 Polnjenje in zapiranje embalae ......................................................................... 42

4.2.3.1 Toga in poltoga embalaa ..................................................................... 42 4.2.3.2 Polnjenje ............................................................................................... 42 4.2.3.3 Zapiranje ............................................................................................... 45 4.2.3.4 Plastina embalaa................................................................................ 50 4.2.3.5 Naini zapiranja embalae .................................................................... 51 4.2.3.6 Oprema za oblikovanje, polnjenje in zapiranje .................................... 51

4.2.4 Zaitna embalaa............................................................................................... 53 4.3 VPRAANJA ZA SAMOEVALVACIJO.................................................................... 54

5 ROKOVANJE Z MATERIALOM IN KONTROLA POSTOPKOV ..... 55


II

5.1 ROKOVANJE Z MATERIALOM................................................................................55 5.1.1 Sistemski pristop k rokovanju z materiali ...........................................................55 5.1.2 Gabariti materiala pri rokovanju .........................................................................56 5.1.3 Nepretrgano rokovanje ........................................................................................57

5.1.3.1 Transporterji ..........................................................................................57 5.1.3.2 Vertikalna dvigala (elevatorji) ..............................................................59

5.2 KONTROLA PROIZVODNJE IN AVTOMATIZACIJE ............................................60 5.2.1 Senzorji................................................................................................................61 5.2.2 Kontrolna vezja ...................................................................................................62

5.2.2.1 Programska logina kontrolna vezja (PLC) ..........................................62 5.2.2.2 Samodejna kontrola...............................................................................64 5.2.2.3 Tehtanje.................................................................................................65 5.2.2.4 Avtomatizirani procesi ..........................................................................66

5.3 VPRAANJA ZA SAMOEVALVACIJO ....................................................................66 6 VARSTVO PRI DELU ................................................................................. 67 7 LITERATURA IN VIRI............................................................................... 68


3

PREDGOVOR Preivetje, razvoj in blaginja posameznika in drube v celoti so bili tako neko kot danes tesno povezani s tehnologijo priprave, skladienja, embaliranja, transporta, ... ivil. Vsi ti tehnoloki procesi so se razvijali, spreminjali, nadgrajevali, nastajali so tudi novi in vse to kae, kako pomembno je natanno poznavanje proizvodno tehnolokih sistemov, tehnik in tehnologij v ivilstvu. Gradivo je namenjeno tudentom, da jim olaja razumevanje definicij tehnike, tehnologije in tehnolokih sistemov v ivilstvu, saj vsebina obsega naslednja poglavja:

vsebina in definicije pojmov tehnika, tehnologija in proizvodno tehnoloki sistemi,

klasifikacija procesov ivilske industrije,

osnove procesne tehnike,

procesi po predelavi in

rokovanje z materialom in kontrola postopkov. Za boljo nazornost tudijsko gradivo obsega e slikovno gradivo, primere osnovnih izraunov s formulami in potrebne tabele. Zaradi obsenosti in pomembnosti 6. poglavja (Varstvo pri delu) sem pri tem poglavju posredoval spletne naslove na katerih je mono sneti zakone in pravilnike iz Varstva pri delu, ki jih bomo natanno obravnavali na predavanjih. V prilogi sem dodal osnovne in izpeljane merske enote mednarodnega sistema enot (SI Systeme International).


4

1 VSEBINA IN DEFINICIJE POJMOV TEHNIKA, TEHNOLOGIJA IN PROIZVODNO TEHNOLOKI SISTEMI

UVOD Od nekdaj je bil predmet lovekega interesa njegovo bivalie narava. Lahko reemo, da se je v loveki zgodovini zgodil ude, ki se dokazuje s tem, da se to bivalie spreminja pod vplivom tehnike in tehnologije. Tehnika in tehnologija sta sedaj postali del lovekove naravne sredine v kateri ivi. Tovarna, v kateri se proizvaja, hia v kateri se stanuje, ivila s katerimi se preivlja, sredstva s katerimi se prevaa, trgovina v kateri se kupuje, obleke in obutev, ki se nosijo, sredstva s katerimi se proizvaja, stroj s katerim se pie, rauna in upravlja, sredstva, ki zdravijo, televizija, ki se gleda, ura, s katero se meri as, melodija, katero se poslua vse je to svet tehnike in tehnologije. Z razvojem civiliziranega loveka se iri carstvo naravne nujnosti, ker se irijo potrebe z ene strani, z druge pa se napoveduje ekspanzija in pomen tehnike in tehnologije. Za dananji as bi lahko rekli, da ga oznaujejo posledice, da so naravne znanosti in na njih zasnovana moderna tehnika in tehnologija, razvile enormno panogo ter da v glavnem te osvajajo stalno rastoe materiale, vendar pa z ekonomskimi znanostmi ta stvarna znanja postajajo vse bolj stranska. Toda ekonomske zakonitosti in ekonomski razvoj nista spontana pojava, ki se avtomatsko odvijata, ampak se nahajata pod razlinimi vplivi, predvsem pa pod vplivi tehnino tehnolokih sprememb. Gospodarska praksa ne izloa istih tehninih tehnolokih problemov, ampak vedno takne, ki vsebujejo globoke ekonomske znailnosti. V svetu danes skoraj ni ekonomskega in tehnolokega problema, ki ne bi zahteval multidisciplinarni in interdisciplinarni pristop. Izobraevanje se prvenstveno pojavlja kot osnovno sredstvo usposabljanja za multidisciplinarno delo. Dinamino gospodarstvo zahteva tudi dinamien profil strokovnjakov, to predvsem pomeni interdisciplinarno izobraevanje, ker vsako zapiranje v lastne izobraevalne profile ve kodi kakor koristi splonem napredovanju. Najveje tevilo proizvodnih in trnih problemov lahko uspeno reujejo samo timi inenirjev razlinih strok in ekonomistov. Da bi se lahko med seboj uspeno sporazumeli in sodelovali, je nujno potreben doloen skupni fond znanj, tj., da je vsak od njih v doloeni meri izobraen iz druge stroke. Ekonomist je vekrat v prilonosti, da daje ekonomsko oceno idej, predlogov ali tehnolokega projekta za novi tehnoloki proces ali proizvod. To, kar lahko uspeno rei glede inenirske stroke, je za ekonomista lahko popolnoma nesprejemljivo, a ekonominost in rentabilnost sta ravno zadnji len verige v odloanju o vrednosti kaknega izuma ali izboljanja obstojee tehnologije. Tako so ekonomistom predvsem potrebna tehnino tehnoloka znanja pri reevanju naslednjih vpraanj:

planiranja proizvodnje, ekonomske analize upravienosti investicije, modernizacije obstojee in

uvajanja nove proizvodnje, analize uvajanja novih proizvodov in izpopolnjevanja obstojeih, izbire vrste surovin, materialov in energije, izbire tehnolokih procesov in tehnine opreme, izbire optimalnega nivoja kvalitete in asortimana proizvodov, razumevanje standardov in ostalih tehninih predpisov v zvezi s kvaliteto,

varstva pri delu in varstva ivljenjske sredine, reevanje problemov embalae, skladienja, distribucije proizvodov itd.

Tehnoloki procesi z varstvom pri delu, embalaa in logistika, 1. del

5

Vse tevilneji in bolj zahtevni tehnoloki procesi s podroja strojnitva, kemijske industrije, elektronike itd. se med seboj vse bolj dopolnjujejo in pogojujejo, istoasno pa pogojujejo vzpon specifine faktografije v vsakem od njih. Gradient tega vzpona je tako velik, da v splonem privede do vpraljivosti uspenosti izobraevalnih procesov iz tehnologije. Osnovni cilj izobraevalnega procesa v disciplini pouka je Tehnologija proizvodnih procesov, prilagojenega potrebam tehnino tehnolokega izobraevanja ekonomistov, ustvarjanje mozaika znanja o osnovnih elementih proizvodno tehnolokih sistemov, ki se raziskujejo tako, da je program pouka sestavljen iz treh delov:

prvega, v katerem so definirani pojmi vezani za proizvodno tehnoloke sisteme, osnovni elementi proizvodno tehnolokih sistemov in pojavov, ki spremljajo sodobne proizvodno tehnoloke sisteme,

drugega, v katerem so podana osnovna znanja o energiji kot zagona vsake proizvodnje in pomembne osnove celotnega tehnolokega in ekonomskega razvoja,

tretjega, v katerem so prikazani osnovni tehnoloki procesi v industrijskih panogah, ki so najbolj pomembne za gospodarski razvoj drave.

1.1 TEHNIKA

Pogosto prihaja do uporabe tehnike v irem smislu, tako da tehnike ne razumemo samo kot sredstva za delo, ampak tudi kot nain uporabe teh sredstev, tj. sposobnost in znanje, vasih pa tudi navade potronikov. S taknim gledanjem se delno izenaujeta pojma tehnika in tehnologija, kar ni upravieno, saj je na dananji stopnji razvoja potrebno spoznati, da sta to razlina, eprav med seboj povezana pojma. Najbolj primerna so tista gledanja, ki enostavno reeno tehniko v glavnem razumejo kot sredstva za delo, tehnologijo pa nain in znanja, s katerimi se ta sredstva uporabljajo v razlinih spremembah predmeta za delo. Analiza pomena besede tehnika je pokazala, da je potrebno poudariti pomembnost te besede v smislu sposobnosti ali doseganju neke vrste monosti, doloene z delovanjem proizvodnje, ki je vodena vrstam znanja in se razume kot veina. Pri razvoju drube je lovek najveji del svojih aktivnosti posvetil proizvodnji materialnih dobrin in zato najveji del sredstev za delo in postopkov, ki jih je ustvaril, slui za potrebe proizvodnje. Zaradi tega je treba vzeti v obzir, da se danes pojem tehnike nanaa predvsem na sredstva za delo, ki tvorijo materialno osnovo vsake proizvodnje. Medtem pa, razen v proizvodnji, lovek uporablja tudi razna tehnina sredstva pri tevilnih primerih neproizvodnih aktivnostih. Ker pa tehnika danes prekaa celostno ivljenje loveka, se pojem tehnika ne more vezati samo na sredstva za delo. Veina avtorjev, ki se ukvarjajo raziskovanjem pojma tehnike, opozarjajo na kompleksnost tega pojma. V tej kompleksnosti je potrebno poudariti naslednje: tehnika je danes v prvi vrsti strojno izkorianje narave na temelju spoznanja

naravne znanosti, kakor tudi podroje vse zahtevneje in moderne mehanizirane in avtomatizirane drubene proizvodnje,

tehnika je sinonim za vse vrste orodja, strojev, naprav, instrumentov, kakor tudi izvedbe delovnega procesa, katerega lovek uporablja pri proizvodnih kot tudi pri vseh drugih panogah,

tehnika je zelo pomemben element vsakega naina proizvodnje, kakor tudi ekonomske celote, ki se razlikuje po tehniki, s katero se proizvaja tako, da je v tem smislu najbolj pomembna in najbolj dinamina komponenta proizvodnih moi,

tehnika je specifien drubeni pojav, ki se razvija vzporedno z razvojem drube kot materialna oblika delovanja doloenih ekonomskih odnosov,


6

tehnika so sredstva za proizvodnjo, ki se razvijajo v sistemu drubene proizvodnje. tehnika je pojem, ki zajema vse predmete in procese, ki so nastali za realizacijo

individualnih in drubenih potreb, ki posredno prek diferenciranih funkcij sluijo doloenemu cilju,

tehnika predstavlja sklop umetno narejenih, izpopolnjenih in od ljudi uporabljenih materialnih sistemov, ki so osnovani na uporabnosti materialov, pojavov in naravnih zakonov, ki imajo ustrezne elemente in strukturo, da bi sistem lahko funkcioniral pri ustreznih materialnih podrojih ljudi (v prvi vrsti proizvodnih), njihovemu ivljenju in aktivnem delovanju na naravo.

Na koncu je potrebno opomniti, da se v ameriki literaturi, kakor tudi v drugih literaturah anglekega jezikovnega podroja, sama beseda tehnika uporablja bolj malo. V glavnem se uporablja pojem tehnologija, ki vkljuuje vse tisto, kar na naem jezikovnem podroju pokrivajo pojmi tehnika in tehnologija.

1.2 TEHNOLOGIJA

e od antine dobe pojem reducirane, strogemu namenu podlone zavesti, ki najde sredstva in naine, s katerimi se lahko ta namen ustvari, nosi naziv tehnologija. V slovarjih se navajajo naslednji pomeni za besedo tehnologija: veda o pridobivanju surovin, predelava materiala v izdelke; tehnologija obravnava snovi, postopke, delovna sredstva; skupek postopkov takega pridobivanja, obdelave, predelave od zaetka do konnega stanja; skupek postopkov nekega dela, dejavnosti sploh od zaetka do konnega stanja. Prve teave z definiranjem pojma tehnologija so se pojavile takrat, ko so se pojavili razlogi, da se pojem tehnine naprave, tj. sredstva za delo, loijo od sprememb, ki se zgodijo pod njenim vplivom. Tehnologija prvenstveno raziskuje oblike delovanja sredstev za delo na predmete za delo, a sredstva za delo kot najbolj pomembno komponento tehnike, raziskuje z gledanja njihove funkcije v procesu proizvodnje. Nadaljnje teave v definiranju pojma tehnologije so se vrstile pri poskusih doloanja odnosov med nastalimi tehnolokimi in drubeno ekonomskimi spremembami ter socialnimi spremembami, ki jih povzroijo. Na Zahodu in Vzhodu je najbolj razirjena uporaba termina tehnologija v pomenu, pri katerem se tehnologija prvenstveno poistoveti (identificira) s terminom tehnoloki procesi ali tehnoloki postopki, s katerimi se predmeti dela predelujejo v izdelke oziroma v polizdelke, ki so namenjeni nadaljnji proizvodnji in potronji. V bodoe lahko priakujemo, da tehnologija omogoa proizvodnjo izdelkov za trie, to pomeni razlinih proizvodov, da mora biti e v osnovi tehnologija racionalna z ekonomskega vidika. Takna racionalnost je imanentna tehnologiji, in to njeno znamenje, se ne more izogniti posledicam, da neracionalne tehnologije hitro izumirajo. e se izdelki proizvajajo na ve tehnolokih nainov, je razumljivo, da se ob tehnoloki razlagi teh postopkov mora imeti v vidu tudi ekonomska plat, tj. upravienost. Vsaka druga pot je zgreena, ker tehnologija ne more biti sama sebi cilj. Definicije tehnologije, ki sledijo, ilustrirajo prejnja razumevanja tehnologije kot splone tehnine discipline, ki raziskuje materialne elemente proizvodnje, v prvi vrsti z vidika medsebojnega delovanja sredstev za delo kakor tudi predmetov za delo, oziroma z vidika sprememb na predmetu za delo, ki nastajajo v teku tehnolokega procesa in potem e vrste in kvalitete proizvodov. Tehnologija je splona tehnina disciplina, ki raziskuje metode in procese za

predelavo surovin v proizvode, namenjene proizvodnji in potronji. Tehnologija je neposreden proces proizvodnje materialnih dobrin.


7

Tehnologija ima osnovno nalogo reevanja medsebojnega delovanja predmeta za delo in sredstev za delo.

Tehnologija je sklop znanj o razlinih postopkih predelave predmetov za delo v konne izdelke.

Tehnologija se pojavlja kot rezultat delovanja loveka na naravo in drubo ter glede na to kot iznajdba najugodnejih oblik instrumentov, metod in sredstev za prilagoditev narave in drube svojim potrebam, tj. za napredovanje njegove kreativnosti in delovanja v svoji naravni in drubeni okolici.

V dobi pred stoletji pa do konca 19. st. se je tehnologija kot splona tehnina disciplina v glavnem snovala na izkunjah. V asu renesanse in pozneje (15. in 16. st.) so se naravni pojavi zaeli vse bolj sistematino raziskovati. Vse veje tevilo eksperimentalnih rezultatov je prineslo vse ve znanja o naravnih zakonih ter zagotavljalo hitrejo in zanesljivejo pot k iritvi znanja. To je pogojevalo upadanje empiricizma v tehnologiji, ki od te dobe postaja vse ve sinonim za uporabo znanstvenih znanj v praktine namen. Zaradi tega je v novejih definicijah tehnologije vse ve poudarjena njena povezanost z znanstveno raziskovalnim delom: tehnologija je praktina uporaba znanstvenega znanja, tehnologija je sistematina uporaba urejenih znanj v praktinih aktivnostih, posebej

pa v proizvodnji, tehnologija je kompleks znanstvenih metod in uporabnih znanj, ki omogoa

proizvodnjo izdelkov s kombinacijo treh osnovnih faktorjev proizvodnje in to na nain, ki je ekonomino racionalen.

Razvoj tehnologije je privedel do zelo angairanega stalia loveka v zvezi z izkorianjem narave s ciljem, dvigniti sploni drubeni standard. Razvoj ene tehnologije je privedel v razvoj niz drugih tehnologij, kar je postavilo neteta vpraanja v ivljenju, delu in eksistenci loveka. To so v prvi vrsti vpraanja organiziranosti, planiranja, upravljanja, tria, informacij prometa, izobraevanja, znanstvenoraziskovalnega dela in dr.. Zaradi tega je danes nedvoumno, da se tehnologija ne more ve jemati samo kot nekaj ozko vezanega za materialno proizvodnjo, eprav je njena vloga v tem podroju najpomembneja, se mora raziriti tudi na vse tevilneje tehnologije v drugih podrojih lovekovega dela, ki se danes razvijajo ob ustreznih ekonomijah. Tako se danes vekrat govori tudi o tehnologiji upravljanja, administraciji (banke, pote, zavarovalnice ...), transporta, zdravstva, informacij, izobraevanja in dr.. Pomembna karakteristika v korienju vsake tehnologije je vse pomembneja vloga organizacije in metoda upravljanja. Tako so danes naela moderne organizacije proizvodnje enako pomemben element v tehnologiji kot naela funkcioniranja sredstev za delo in spremembe predmetov za delo. Takno vrednotenje tehnologije je vsebovano npr. v definiciji: Tehnologija je sklop tehnike in metod, ki irijo monost ljudskega organiziranega delovanja na naravo ter pomagajo njegovemu upravljanju drubenimi procesi a so proizvod znanstvenih reitev. Povezanost tehnologije in organiziranosti je zelo dobro definirala Trbojevi-Gobac, ki pravi: moderen lovek je lovek organiziranosti, a organiziranosti so danes na stotine nainov odvisne od tehnologij, ki jih zamiljamo kot naprave, stroje, tehnike in izvore energije. V glavnem po poti organiziranja tehnologije vpliva na loveka in spreminja njegov nain dela ali miljenja ali celo ivljenja. Ko govorimo o tehnologiji, ne glede na to kakno obliko vzame organiziranost, trdimo, da je tehnoloka komponenta zelo pomembna, e pa ne razmiljamo o tehnoloki komponenti, razmiljanja o organiziranosti potekajo v teoretinemu vakuumu. Takna gledanja pomenijo vpeljavo sistemskega pristopa v tehnologijo.


8

Sistemski pristop je v bistvu specifien fenomen v sodobni znanosti, ki nadomea enostranski pristop posameznih klasinih znanosti, pri em je obvezna predpostavka sedanje in bodoe tehnologije kot znanosti, ki zaenja z interakcijami posameznih delov. Ti deli pravzaprav predstavljajo posamezne objekte raziskovanja posameznih naravnih, tehninih in drubenih znanosti. Taken sistemski pristop je vsebovan npr. v eni od najnovejih definicij tehnologije: Tehnologija je sistem, ki ga sestavljajo tehnina sredstva (hardware), metode in pristopi za uporabo teh sredstev ali programska podpora (software) in organizacijska

struktura (orgware), katere naloga je, da upravlja in odloa z namenom dosegati koristi iz

teh sredstev in postopkov.

1.3 SISTEMI, TEHNOLOKI SISTEMI, PROIZVODNO TEHNOLOKI SISTEMI

e sedanja stopnja razvoja tehnologije vsebuje v sebi tudi vpraanje, e se lahko e naprej raziskuje in opazuje na klasien nain, kateri se ukvarja z opisom surovin in posameznih faz tehnolokih procesov v ustrezni industrijski proizvodnji brez kakrne noveje metode. Ta vpraanja se posebej izpostavljajo pri organizaciji in upravljanju z novimi in vse kompleksnejimi tehnolokimi procesi. Danes menimo, da se ta obseneji in modelirani pristop lahko dosee z vpeljavo naina, ki temelji na gledanju, da vsak tehnoloki proces v biti predstavlja sklop posameznih faz proizvodnje, ki bi lahko bile operacije ali procesi.

Pri tem se faze, ki so operacije razmejile od faz, katere so procesi po tem, da se operacije nanaajo na mehanske in fizikalne, procesi pa na kemijske, biokemijske, mikrobioloke in jedrske spremembe na predmetu za delo.

Pomembno je tudi to, da so iste operacije in procesi skupni z razlinimi industrijskimi vejami tako, da je poznavanje osnovnih operacij in procesov prvovrstnega pomena, ker se iz teh posebno znanih in standardnih enot lahko kombinirajo razlini tehnoloki procesi.

Potrebno je poudariti, da tehnolokega procesa ne smemo razumeti samo kot setevek individualnih procesov in operacij, temve ga je potrebno razumeti kot sistem, ki ima za cilj proizvodnjo pri optimalnih ekonomskih pogojih.

1.3.1 Sistemi

Pojem sistem se na splono razume kot splona povezava objektov in pojavov. Odvisno od pristopa k temu pojmu, namenu definiranja, podroju interesov in dr. obstajajo razline definicije pojma sistema.

Najsploneja definicija sistema je:

sistem predstavlja celoto sestavljeno iz delov,

sistem je organizirani ali urejeni skup delov.

Kot konkretneje definicije sistema se lahko izloijo naslednje:

sistem je skup elementov, ki tvorijo integrirano celoto v sklopu, v katerem se dogajajo doloene funkcije ali procesi ter da obstaja neka vrsta kontrole,

sistem je skup delov, ki so povezani s skupno funkcijo.

Med tevilnimi variantami definicije sistema so najprikladneje tiste, ki so nastale pri razpravah o tehnolokem razvoju.

Po Trbojevi-Gobac se lahko predloi naslednja natanneja definicija sistema:


9

Sistem je skup elementov med seboj povezanih tako, da izvajajo kakno aktivnost v neki organizacijsko tehnoloki procesni shemi, ki tei k skupnemu cilju ter postopajoi z ljudskim delovanjem, ali z ljudsko skupnostjo, ali z energijo, ali z materijo v nekem asovnem obdobju, da bi proizvedli znanje, ali ljudsko skupnost, ali energijo, ali materijo.

Elementi so torej sestavni del vsakega sistema. Po svoji naravi bi lahko bili tudi sistemi, tj. lahko bi bili podsistemi.

Elementi, ki izhajajo iz sistema (izhodni elementi), so rezultat preoblikovanja, ki ga sistem izvaja na elementih, ki vstopajo v sistem (vhodni elementi).

Urejenost v obnaanju sistema se imenuje organizacija sistema, ki je predpostavka namembnosti sistema. V krmilnih sistemih izhodni signal dovaja na vhod tako imenovana povratna zveza, ki obnaanje sistema pelje k doloenemu izhodnemu signalu.

1.3.2 Tehnoloki sistemi

Kot je e omenjeno, da se tehnologija pojavlja na vseh podrojih lovekove dejavnosti, se tudi tehnoloki sistemi pojavljajo povsod, kjer lovek po tehnoloki poti deluje za doseganje nekega cilja.

Tehnoloki sistemi so sistemi, pri katerih se v zadnji meri materializirata lovekovo znanje in delo; njihova nerazvitost in oviranje njihove funkcionalnosti vodi v velike in teko reljive probleme drubenega in ekonomskega razvoja.

Tehnoloki sistem se po pravilu pojavlja kot del kaknega irega sistema, obiajno proizvodno poslovnega sistema.

Z ozirom na vse bolj zahtevnejo tehnologijo v proizvodnih procesih, se danes na splono tehnoloki sistem ne opazuje kot podsistem, temve kot poseben sistem z vsemi svojimi znailnostmi.

Tehnoloki sistemi predstavljajo celote naravnih bogastev (surovin, energije, naravne sredine), lovekih potencialov (znanj in vein), tehnikih sredstev in drubenih vsebin (motivacijskih, regulacijskih, simbolinih).

Po eni od definicij:

Tehnoloki sistem je skup objektov s povezavami med objekti ter njihovih atributov, kjer objekti ponazarjajo dele ali elemente sistema, atributi pa lastnosti sistema.

Tehnologija kot znanost o tehnolokih sistemih spremlja razvoj teh sistemov in izgradnjo. Tehnoloki sistemi se razlikujejo od ene do druge drubene skupnosti predvsem po tevilu in lastnostmi elementov iz naravnih in drubenih sistemov, ki se vanj vkljuujejo.

Strukturo sestavljajo tri specifine skupine elementov:

fizini elementi, ki tvorijo izvor energije, surovine, materiali, sredstva za delo, prostori, ljudje s prispevkom njihovega fizinega potenciala,

ustvarjalni elementi, ki vkljuujejo ljudi s prispevkom njihovega umskega potenciala, komunikacijo kot zvezo v prostoru in dokumentacijo kot zvezo v asu ustvarjalnih struktur,

simbolini elementi, med katerimi se nahajajo razline oblike lovekih skupnosti, na splono sprejemljive drubene vrednote (npr. denar), etnine konvencije itd.


10

Dejstvo je, da se vsako poseganje loveka po tehnoloki poti lahko opazuje in raziskuje v sferi proizvodnje in izven nje. Takno opazovanje lahko tvori podlago za osnovno delitev tehnolokih sistemov na:

proizvodno tehnoloke sisteme,

neproizvodno tehnoloke sisteme.

1.3.3 Proizvodno tehnoloki sistemi

Proizvodno tehnoloki sistemi so prisotni v vsaki proizvodnji, lahko jih definiramo kot sklop materialnih objektov in razlinih sprememb, ki so nartovani in medsebojno povezani tako, da zagotavljajo izvajanje materialnega programa.

Na spodnji sliki je prikazana osnovna shema proizvodno tehnolokega sistema.

Slika 1.1: Osnovna shema proizvodno tehnolokega sistema Vir: Trbojevi-Gobac, 1987, 11

Vstopni elementi (resursi) proizvodno tehnolokega sistema: sredstva za delo (orodje, stroji, naprave, instrumenti ), znanje in informacije, osnovni in pomoni materiali, energija (toplotna, mehanska, elektrina ), zrak, voda in drugi vstopi, loveko delo (vse bolj prisotno kot tehnoloko znanje). Izstopni elementi proizvodno tehnolokega sistema: proizvodi (izdelki), proizvodi osnovnega tehnolokega procesa, proizvodi tehnolokega procesa, ki zagotavljajo in posodabljajo osnovni tehnoloki

proces (vzporedni proizvodi), odpadki. Tehnoloki proces pravzaprav predstavlja povezovanje ve med seboj dopolnjujoih se pogojenih faz s ciljem, pretvarjanja nijih uporabnih vrednosti predmeta za delo v veje. Te faze tehnolokega procesa, odvisno o naravi sprememb predmeta za delo, se lahko delijo na:

operacije, procese. Izstopne elemente proizvodno tehnolokega sistema sestavljajo glavni, vzporedni (sekundarni) in odpadni proizvodi, ki jih karakterizira monost njihove uporabe in kvaliteta.

tehnoloki proces Vstopni elementi

izstopni elementi

povratna zveza


11

Ob glavnih proizvodnih tehnolokih proizvodih, katerih je proizvodnja osnovni cilj tehnolokega procesa in vzporedne proizvodnje, za katere obstaja monost njihovega direktnega plasmaja na trie kot izstop iz tehnolokega procesa, se pojavljajo e odpadni proizvodi. Dananja stopnja razvoja tehnologije tei k im ekonominejemu izkorianju teh odpadnih proizvodov. Ta izkoristek se lahko dosee z vraanjem odpadnih proizvodov v tehnoloki proces ali pa z iznajdbo naina za njihovo ekonomino izkorienost za pridobivanje novih proizvodov. Posamezni elementi proizvodno tehnolokih sistemov se raziskujejo tudi v okviru posebnih in izobraevalnih ustanov. Iz navedene osnovne sheme proizvodno tehnolokega sistema v okviru izobraevalnega programa Tehnologije proizvodnih procesov se obdelujejo: tehnoloka delitev sredstev za delo, materialov za delo, elementi energije, delitev materialne in energijske bilance tehnolokega procesa, kvaliteta proizvoda, tehnoloki procesi pridobivanja vanejih industrijskih proizvodov in pokazatelji njihove tehniko tehnoloke kvalitete.

1.3.4 Osnovni elementi proizvodno tehnolokih sistemov

1.3.4.1 Vstopni elementi proizvodno tehnolokih sistemov

Kot je e omenjeno, se tevilni elementi in faze proizvodno tehnolokih sistemov temeljito raziskujejo v okviru posebnih znanstveno izobraevalnih disciplin, predvsem pa na tehniki, tehnoloki, kakor tudi na ekonomski fakulteti, odvisno od njihovih predmetnih programov. V okviru izobraevalnega programa Tehnologije proizvodnih procesov se od vstopnih elementov obdelujejo sredstva za delo, predmeti za delo in energija. Energija, kot pomemben vstopni element vseh tehnoloko proizvodnih sistemov, je bistveni element, ker brez energije ni dela, brez dela pa ni proizvodnje.

1.3.4.2 Sredstva za delo

Sredstva za delo v irem smislu vsebujejo celotno opremo, ki je potrebna za proizvodnjo vkljuno z zemljiem in objekti, ki zagotavljajo nujno potrebne pogoje za izvajanje procesov proizvodnje, npr. proizvodne hale, pomone delavnice, skladia, garae, poti in drugo.

Osnove vsake proizvodnje sestavljajo:

orodje, stroji, naprave.

Bistvena razlika med ronim orodjem in strojem je v tem, da je rokovanje orodja odvisno od gibljive moi loveka in njegove veine, stroji pa so naprave, ki izkoriajo ostale vire energije ter jih pretvarjajo v eleno obliko energije ali izvajajo doloeno delo.

Glede na funkcionalnost in izkorianje energije razlikujemo:

pogonske stroje, delovne stroje. Namen pogonskih strojev je, da zagotovijo mehansko energijo, ki je potrebna za pogon delovnih strojev.


12

Glede na obliko energije, katero transformirajo v mehansko energijo, so med pogonskimi stroji najpomembneji:

elektromotorji, ki transformirajo elektrino energijo v mehansko in so danes najpomembneji izvor mehanske energije za potronike, tudi za tiste, ki so z obzirom na namestitev stabilni (industrija, gospodinjstvo),

motorji z notranjim zgorevanjem, pri katerih se v mehansko energijo transformira kemijska energija tekoih in plinskih goriv (oto motor, dizel motor, plinski motor), najve se uporabljajo v prometu in transportu,

ostali toplotni stroji, ki transformirajo notranjo toplotno energijo plinov in par v mehansko energijo (plinske in parne turbine, parni stroji),

hidravlini stroji, ki transformirajo potencialno energijo tekoin v mehansko energijo (vodne turbine, hidravline rpalke in pree).

Delovni stroji izkoriajo mehansko energijo, da bi opravili zadano delo na mestu njihove uporabe. Nekateri se vsestransko uporabljajo v razlinih tehnolokih procesih za izvedbo univerzalnih operacij. To so npr. razni orodni stroji, stroji za drobljenje materiala, mealci, transporterji, kompresorji in mnogi drugi.

Razen tega ima vsaka industrijska veja posebne delovne stroje prilagojene njihovim potrebam (metalurgija, tekstilna industrija, kemijska industrija, strojnitvo, ivilska industrija, grafina industrija, proizvodnja stekla, elektronska industrija, aparati za iroko porabo).

Mnoge faze tehnolokih procesov zahtevajo, da se razen pogonskih in delovnih strojev uporabljajo naprave, pri katerih osnovna funkcija ni dinaminega karakterja in nima vejih gibanj osnovnih sestavnih delov.

To se predvsem naprave ali merilni instrumenti in elementi regulacij tehnolokega procesa, igar delovanje je statinega znaaja.

Naprave se naprej delijo na:

naprave za razline fizikalne in fizikalno kemijske operacije (odtajanje, taljenje, destilacija, filtriranje, suenje, kristalizacija, ekstrakcija, flotacija ),

naprave za razline kemijske procese reaktorje (npr. za neutralizacijo, hidrolizo, elektrolizo, hidriranje, halogenizacijo, polimerizacijo ).

Merilni instrumenti imajo nalogo meritev parametrov ali neznank v tehnolokem procesu in pretvarjanja informacij o izmerjeni veliini v veliino, ki je primerna za prenaanje, primerjanje, oznaevanje, matematino obdelavo in vodenje procesov.

Del merilnega instrumenta, ki je v neposrednem stiku z materialom ali z energetsko spremembo, se vzame kot utilo ali senzorski element. Ostale dele merilnega instrumenta sestavljajo: pretvorniki, ki pretvarjajo merilno informacijo v signal, ki je primerneji za prenos in obdelavo, prenosni vodi in registratorji ali tevci, ki evidentirajo podatke o merilni veliini v funkciji neke druge veliine. Vloga regulacijskih elementov je sprejemanje informacij iz merilnega intrumenta ter obdelava sprejete informacije na taken nain, da omogoi odgovarjajoe vodenje procesov.

Primerno sestavljen skup strojev, naprav in instrumentov z ostalo potrebno opremo (energetsko, transportno, laboratorijsko, elektrino, komunikacijsko) sestavlja industrijsko postrojenje doloene namembnosti.


13

Sredstva za delo se klasificirajo po razlinih kriterijih. Glede na osnovno funkcijo opreme v proizvodno tehnolokem sistemu se delijo na naslednji nain:

tehnoloka oprema, katero vsebujejo prej omenjeni stroji in naprave s katerimi, oz. v katerih se dosegajo preoblikovanja ali sprememba na predmetih dela,

energetska oprema, ki jo sestavljajo stroji in naprave za proizvodnjo in transformacijo energije z osnovnimi prenosnimi mehanizmi,

transportna oprema, ki slui za prenos predmeta za delo in gotovih proizvodov, ostala oprema, kot je inventar, merilni instrumenti, komunikacijska oprema,

raunalniki in dr..

1.3.4.3 Predmeti za delo

Predmeti za delo tvorijo skupaj s sredstvi za delo sredstva za proizvodnjo. Vsebujejo vse tiste materije, ki se nahajajo v naravi ali pa jih je lovek sam proizvedel z delom predelave materije iz narave s pomojo sredstev za delo in energije, da bi jih bolje prilagajal oz. spreminjal zaradi ustvarjanja materialnih dobrin za izpolnjevanje svojih potreb.

To pomeni, da se kot predmeti dela v proizvodno tehnolokih sistemih ne pojavljajo samo surovine kot materije dobljene z eksploatacijo naravnih izvorov, temve tudi s tevilnimi proizvodi (izdelki) in med proizvodi (polproizvodi) razlinih tehnolokih procesov in razline stopnje tehnoloke predelave.

Predmeti za delo se delijo na: surovine, polproizvode oz. medproizvode in gotove oz. konne proizvode (izdelke). Iz tega vidika so gotovi proizvodi tisti, na katerih ni ve potrebno izvajati kakrnihkoli preoblikovanj ali pretvorb pred njihovo konno uporabo, a surovine so vsak predmet za delo oz. reprodukcijski material, ki se uporablja v doloenem tehnolokem procesu. Tudi gotovi proizvodi imajo lahko dvojni namen: kot proizvodi za konno uporabo ali pa kot predmet za delo za nadaljnjo predelavo reprodukcijo. Tako se npr. sladkor lahko uporablja kot gotov proizvod v smislu ivilskega artikla ali pa kot surovina v konditorski industriji. V prvem primeru predstavlja gotov proizvod, v drugem pa reprodukcijski material oz medfazni proizvod. To pomeni, da takna delitev predmetov za delo ni zasnovana na preciznih kriterijih, kar povzroa problem pri spremljanju planiranja delovne organizaciji ali celotnega gospodarstva.

Edini eksakten in precizen nain za delitev predmetov za delo je stopnja njihove tehnoloke obdelanosti. Ta kriterij se danes vse bolj uporablja ter glade na to, se predmeti za delo delijo na naslednje tri skupine:

surovine, materiali, deli, sklopi in skupine. Zadnji dve skupini zajemata razne medfazne proizvode. Pri tem materiali predstavljajo razline proizvode predelave posameznih surovin, deli, sklopi in skupine pa specifine predmete za delo, ki sluijo za pridobivanje zahtevnih konstrukcijskih proizvodov.

Sreamo e delitev sredstev za delo, ki so zasnovana na njihovi funkciji v proizvodno tehnolokih sistemih, tj. njihovemu deleu v konnem proizvodu. To je delitev na osnovne in pomone surovine in materiale. V skupino osnovnih surovin in materialov sodijo tisti predmeti za delo, ki vsebujejo materialno osnovo konnega proizvoda.

V skupino pomonih surovin in materialov sodijo tisti predmeti za delo, ki ne vsebujejo osnovno sestavino proizvoda, ali pa zagotavljajo tok tehnolokega procesa, in/ali pripomorejo h kvaliteti proizvoda (npr. voda za pranje ali proizvodnjo pare, maziva, barve, katalizatorji),


14

ali vstopajo v konen proizvod v manjih koliinah (sredstva za barvanje ali konzerviranje, stabilizatorji, antistatina sredstva).

Pri taki delitvi je treba upotevati tudi ekonomske kriterije, a v prvi vrsti sodelovanje pomonih materialov v strukturi strokov proizvodnje. Tako je npr. gorivo kot vir energije glede na tehnoloki kriterij pomonih materialov, ker v glavnem ne prihaja v sestavni del gotovega proizvoda ali v tevilnih industrijskih vejah ima veliki dele v strukturi strokov proizvodnje. Surovine so definirane kot tisti predmeti za delo, ki so pridobljeni z eksploatacijo in samo z delno obdelavo materije iz narave, kot so mineralne substance in fosilna goriva, drevje in zelenjava, voda in zrak.

1.4 VPRAANJA ZA SAMOEVALVACIJO

1. Sestavi definicijo za tehniko. 2. Sestavi definicijo za tehnologijo. 3. Sestavi poljuben tehnoloki sistem. 4. Narii tehnoloki sistem z vstopno izstopnimi elementi. 5. Natej in opii predmete za delo. 6. Natej in opii sredstva za delo. 7. Kakna je razlika med vstopno izstopnimi elementi in predmeti oz. sredstvi za delo? 8. Opii postopek pretvarjanja energije v tehnolokem procesu. 9. Opii naloge merilnega intrumenta v tehnolokem procesu.


15

2 KLASIFIKACIJA PROCESOV IVILSKE INDUSTRIJE

Procesi ivilske industrije so lahko sestavljeni iz ene same operacije oziroma enotnega procesa, toda najvekrat so sestavljeni iz ve osnovnih operacij oz. enotnih procesov (slika 2.1).

Posamezne operacije, ki se uporabljajo v procesih ivilske industrije, so v glavnem namenjene za fizikalno spremembo surovin in polproizvodov, za njihov transport in pakiranje. Te posamezne operacije se uporabljajo tudi pri drugih panogah procesne tehnike. S specifinimi posameznimi procesi ivilske industrije se spreminjajo kemijske in bioloke lastnosti ivilskih proizvodov. Na osnovi skupnih lastnosti procesov ivilske industrije jih je mono razdeliti v ve skupin. Glede na te kriterije so najbolj pomembni procesi konzerviranja, procesi, ki temeljijo na osnovi kemijskih reakcij in encimski procesi.

Razen tega se preostali procesi delijo v skupine, kot so aglomerini, ekstrakcijski, emulzijski procesi in procesi formiranja kompleksnih proizvodov.

Procesi konzerviranja v bistvu sestojijo iz posameznih operacij in procesov, s pomojo katerih se povea trajnost ivil na osnovi unienja mikroorganizmov v ivilih ali vsaj omejevanja njihove aktivnosti in inaktivacije encimov.

Ti procesi potekajo:

s kemijskimi reakcijami med surovinskimi vsebinami, oziroma med surovino in pomonim materialom (npr. peenjem, kuhanjem, praenjem in podobno),

s kemijskimi reakcijami, ki nastanejo z dodajanjem doloenih kemikalij (npr. hidroliza, nevtralizacija, hidrogenizacija, karbonizacija in podobno).

Encimski procesi ivilske industrije zajemajo procese, ki so zasnovani na delovanju encimov. Lahko jih razdelimo v ve skupin. Ena od teh so procesi, pri katerih sodelujejo avtohtoni encimi ivil, druga skupina so tako imenovani mikrobni procesi oziroma procesi, ki so posledica uporabe kultur mikroorganizmov in tretja skupina so procesi, ki se upravljajo s pomojo izoliranih encimov.

Klasifikacija procesov ivilske industrije v praksi se e vedno snuje glede na vrste surovin in vrste proizvodov. Pri tem pa se sreujemo z vse vejimi teavami, ne samo zaradi tega, da se vse bolj izgubljajo jasne meje konvencionalne delitve ivilske tehnologije, temve zaradi vse veje uporabe razlinih in novih tehnolokih procesov.

Od mnogih poskusov klasificiranja znanstvenih osnov potrebnih za poznavanje kemijskega postrojenja in podpostrojenj je najbolj uspeen tisti, ki je prikazan na sliki 2.2. Pri tem je zanemarljiva jedrska raven, na kateri se opazujejo pojavi, pri katerih sodelujejo delci dimenzij manjih od 0,1 nm, kar je zelo redko v procesni tehniki. Le taka klasifikacija nastaja na treh temeljnih nivojih: molekularnem, granularnem in lovekem. Na njih se respektivno opazujejo pojavi, v katerih sodelujejo delci dimenzij od 0,1 nm do 0,1 m; od 0,1 m do 10 mm in vejih od 10 mm.

Upotevati je treba, da je ta klasifikacija, kakor veina drugih, vseeno poenostavljena.

VPRAANJA ZA SAMOEVALVACIJO 1. Natej in opii nekaj osnovnih operacij (faz) v tehnolokem procesu. 2. Opii granularni nivo iz sheme znanstvenih osnov procesne tehnike. 3. Sestavite nekaj tehnolokih procesov (v pomo vam naj bosta sliki 2.1 in 2.2).


16

Sprejem in skladienje tekoin

Sprejem in skladienje trdih snovi

Nenewtonske kapljevine

Kapljevine majhne

konsistence

Kapljevine velike

konsistence

Mehke trdne

surovine

vrste trdne surovine

Procesno postrojenje

Transport tekoin Transport trdnih surovin

Separacija Drobljenje

Meanje

Gretje Hlajenje

Koncentriranje Dehidracija

Sprejem in pakiranje proizvodov

Skladienj in odprema proizvodov

Pakiranje

Koncentriranje topil

Suhi trdi proizvodi Tekoine

Trdni proizvodi

Zamrznjeni trdni

proizvodi

Slika 2.1: Splona shema procesov ivilske industrije

Vir: Poar, 1980, 73


17

Slika 2.2: Shema znanstvenih osnov procesne tehnike Vir: Poar, 1980, 231


18

3 OSNOVE PROCESNE TEHNIKE

UVOD

Dananja ivilska industrija ima svoj izvor v prazgodovini, kjer se je vrila prva predelava ivil z namenom hranjenja ivil za as, ko je pretila lakota ali pa za izboljanje njene jedilne kakovosti. Tako so npr. suili zrnje na soncu in s tem podaljali njegovo dobo skladienja, meso pa so pekli, da so izboljali njegov okus. Kasneje so razvili mehanino procesno opremo, s imer so skrajali as in zniali koliino ronega dela, znailnega za prve postopke. Tako so za mletje zrnja izkoriali energijo vode, vetra in ivali. Prva biokemina predelava s pridobivanjem fermentiranih proizvodov kot sta sir in vino, se je odvijala v Egiptu. Dolga stoletja je takna metoda hranjenja in priprave ivil sluila samo potrebam druine. Z razvojem drube je nastopila specializacija in razvilo se je obrtnitvo (npr. peki in varilci piva). Ti obrtniki so bili predhodniki sedanje ivilske industrije.

V deelah z zmernim podnebjem so te naine predelave razvili z namenom shraniti ivila med zimskimi meseci in poveati njihovo dostopnost v izven sezonskem asu. Rast mest je povzroila tudi razvoj tehnologije konzerviranja, podaljana doba hranjenja ivil pa je omogoila prevoz ivil s podeelja v mesta, da bi se s tem zadovoljile potrebe meanov.

V devetnajstem stoletju beleimo nastanek vejega tevila obratov, zgrajenih za proizvodnjo osnovnih ivilskih izdelkov, kot so krob, sladkor, maslo in pekatete. Izdelava teh izdelkov je slonela na tradiciji in izkunjah, saj ni obstajalo detajlno poznavanje sestave ivila ali spremembe v sestavi med samim procesom. Proti koncu stoletja smo pristopili znanstvenim pristopom k proizvodnji ivil in ta postopek traja e danes. Nekako v tistem asu sta se ustvarila dva velika trga. Prvi je posloval s prehrambenimi izdelki pa tudi cenejo hrano, s katero so na veliko oskrbovali gospodinjstva (npr. moko, sladkor, konzervirano meso in zelenjavo). Drugi trg pa je bil luksuzni, ki je posloval s konzerviranim tropskim sadjem in kavo.

Cilji dananje ivilske industrije so naslednji: (1) Podaljati as uitnosti ivila (rok uporabnosti). To se dosee z raznimi postopki

konzerviranja, ki prepreujejo mikrobioloke in biokemine spremembe. Tako pridobijo potreben rok uporabnosti in njegovo hranjenje v gospodinjstvih.

(2) Z uporabo vrste privlanih okusov, barv, arom in struktur ivila (splono znano

kot organoleptine lastnosti) poveati asortiman ivil. S tem namenom se izvajajo tudi postopki, s katerimi spremenijo obliko ivila, kar omogoa nadaljnjo predelavo (npr. mletje zrnja v moko).

(3) ivilom zagotoviti za zdravje potrebna hranila (hranljivost ivila). (4) Proizvodnemu podjetju ustvariti dobiek. V industrijskih deelah se trie s predelavo ivil neprestano spreminja. Potroniki za veino ivil ne zahtevajo ve nekajmesenega roka uporabe na sobni temperaturi. Spremembe v nainu ivljenja druine, naraanje tevila imetnikov zamrzovalnikov in mikrovalovnih peic, so narekovale povpraevanje po ivilih, ki se lae pripravijo, so primerna za globoko zamrzovanje in imajo zmeren rok uporabe pri sobni temperaturi. Pri nekaterih potronikih pa


19

se opaa poveano povpraevanje po ivilih, katerih doloene lastnosti so bile med predelavo spremenjene in so tako bolj podobna osnovni surovini oz. imajo bolj zdrav videz. Vsaka od teh povpraevanj ima odloilen vpliv na spremembe, ki se dogajajo v ivilski industriji.

Spremembe v tehnologiji priprave ivil so bistveno vplivale na stroke energije in dela. Predelovalci ivil so ponovno preuili bistvo investiranja v relativno cenene a energijsko razsipne in delovno intenzivne procese. Oprema za predelavo ivil sedaj omogoa prefinjeno kontrolo procesnih pogojev. Pri tem doseejo oba cilja in to zmanjanje proizvodnih strokov in zmanjanje kode vsled zmanjanja organoleptine in hranilne kakovosti ivila (posebno pri pokodbi vsled toplote).

Zelo vaen element pri veini opreme za predelavo ivil je prihranek energije. Le ta zahteva veja kapitalska vlaganja, a vsled manje porabe energije in manjega tevila posluevalcev zmanjuje proizvodne stroke, boljo prodajo proizvodov vije kakovosti, s tem pa tudi viji dobiek proizvajalca. Za kontrolo opreme za predelavo hrane in avtomatizacijo celotnega procesa od sprejema materiala, skozi predelavo, embaliranje ter skladienje sedaj izkljuno uporabljamo mikroprocesorje.

Toplota igra pri predelavi hrane vano vlogo in to z ozirom na ve gledanj: je najprimerneji nain za podaljanje roka uporabe ivil saj uniuje encime in

mikrobioloko aktivnost v hrani. S pomojo toplote lahko odstranimo vodo iz ivila ter s tem prepreimo njegovo kvarjenje,

spreminja organoleptine in hranljive lastnosti ivila, proizvodnja toplote predstavlja glavni stroek predelave. Osnovne postopke zato

povezujejo glede na nain prehoda toplote, ki se proizvaja. V nadaljevanju bomo obravnavali osnovna naela predelave ivil ter postopke, ki sledijo procesu predelave.

3.1 OSNOVNI POJMI

3.1.1 Ravnanje z materialom in energijo

Zakon pretvorbe mase doloa, da mora biti masa materiala pred zaetkom predelave enaka masi po konni predelavi. Ta trditev velja npr. za meanje, fermentacijo, evaporizacijo in dehidracijo.

Na splono ima enaba ravnovesja mas za predelovalni postopek naslednjo obliko:

masa

surovine =

masa izdelkov in odpadkov +

masa vskladienih materialov

+ izgube

Podobna enaba ugotavlja, da je skupna koliina toplote ali mehanine energije pri vhodu v proces enaka skupni energiji v konnem izdelku in odpadkih + shranjena energija + energija oddana v okolico.

e so toplotne izgube minimalne, lahko npr. pri priblinem izraunu potrebne koliine pare, vroega zraka ali hladilnih kapacitet zanemarimo izgube toplote v okolico. Za natanneji izraun pa moramo upotevati nadomestilo za toplotne izgube.


20

3.1.2 Pretok tekoine

Med predelavo se vri transport mnogih vrst ivil v tekoi obliki. Tudi z drobnozrnatimi in pranatimi ivili se veliko laje manipulira, e so v tekoi obliki. Tudi za pline veljajo isti zakoni kot za tekoine, zato jih pri izraunih upotevamo kot tekoine pod pritiskom. Zato je tudiji tekoin v predelavi ivil namenjena posebna pozornost. Loimo dve veji obravnavanja tekoin:

statina (stacionarne tekoine), dinamina (premikajoe se tekoine).

Znailnost statinih tekoin je pritisk, ki ga izvajajo na tlano posodo. Pritisk je odvisen od gostote tekoine in globine (viine) ali mase tekoine v posodi.

Tekoina na dnu posode je pod vejim pritiskom kot na povrju (hidrostatini pritisk). To dejstvo moramo upotevati pri projektiranju rezervoarjev in procesnih posod, saj moramo izbrati material potrebne debeline in trdnosti.

Visoki hidrostatini pritisk tudi vpliva na toko vrelia tekoin, kar je pomembno pri projektiranju opreme za evaporizacijo.

Pri pretoku tekoine skozi procesno opremo (slika 3.1) nastopajo izgube v sled trenja, kakor tudi spremembe v potencialni, kinetini energiji ter energiji pritiska.

Slika 3.1: Uporaba Bernulijeve enabe za tekoinski pretok brez upora.

Vir: Fellows, 2000, 50 Energija se dodaja tudi pri rpalkah ali s segrevanjem tekoine. Za izraun ravnotenega stanja, za pretok tekoine po ceveh, pri upotevanju vpliva ventilov ali lokov na velikost pretoka ter pritiska rpalke, uporabimo Bernulijevo enabo:

gzvp

gzvp

2

22

2

21

21

1

1

22++=++

(Enaba 3.1)

kjer je: - p = pritisk [Pa] - = gostota tekoine [kg/m3] - g = tenostni pospeek [9,81 m/s2] - v = hitrost medija [m/s] - z = viina medija [m]

v1 A B z1 v2 z2

Indeks 1 oznauje vhodno pozicijo, indeks 2 pa izhodno pozicijo cevovoda.


21

Lastnosti izbranih tekoin so prikazane v tabeli 3.1.

Tabela 3.1: Lastnosti tekoin

Fluid Toplotna prevodno

st [W/mK]

Specifina toplota [kJ/kgK]

Gostota [kg/m3]

Dinamina viskoznost [Ns/m2]

Temperatura [oC]

Zrak 0,024 0,031

1,005 1,005

1,29 0,94

1,73105 2,21105

0 100

Ogljikov dioksid 0,015 0,8 1,98 0 Kisik 0,92 1,48105 20 Duik 0,024 1,05 1,3 0 Hladilo 12 0,0083 0,92 Voda 0,57

0,68 4,21 4,21

1000 958

1,79103

0,28103 0 100

Sladkorna raztopina (60%) 6,02102 20 Sladkorna raztopina (20%) 0,54 3,8 1070 1,92103 20 Natrijev klorid (22% raztopina) 0,54 3,4 1240 2,7103 2 Etanol 0,18 2,3 790 1,2103 20 Repino olje 900 1,18101 20 Koruzno olje 1,73 8,4102 20 Sonnino olje 1,93 20 Olivno olje 0,168 8,4102 29 Mleko neposneto posneto smetana (20% maobe)

0,56

3,9

1030 1040 1010

2,12103 2,8103

1,4103

6,2103

20 10 25 3

Smola roievca (1% raztopina) 1,5102 Ksantan smola (1% raztopina) 100

Vir: Fellows, 2000, 39 Primer 3.1: 20% sladkorna raztopina tee iz mealnega rezervoarja pod pritiskom 50 kPa po horizontalni cevi premera 5 cm, kapacitete 25 m3/h (gostota raztopine je 1070 kg/m3 tabela 3.1), e se premer cevi zmanja na 3 cm. Izraunaj novi pritisk v cevi.

Retev: masni pretok = 33

1094,63600

25 =s

m m3/s

presek cevi = 24D

= 32 1096,105,0

4=

m2

hitrost pretoka = 54,31096,1

1094,63

3

=

m/s

presek cevi premera 3 cm = 7,07 104 m2

Nova hitrost pretoka = 82,91007,7

1094,64

3

=

m/s


22

Uporabimo enabo 3.1

gzvp

gzvp

2

22

2

21

21

1

1

22++=++

;

02

)s/m(82,9

m/kg1070

p0

2

)s/m(54,3

m/kg1070

Pa1050 22

32

22

3

3

++=++

p2 = 5054,8 Pa = 5,05 kPa

V vsakem sistemu po katerem tee fluid, se tvori tanka mejna plast ali film, ki predstavlja razmejitev med povrino cevi in tekoino (slika 3.2 a). Debelina filma je odvisna od tevilnih dejavnikov kot so hitrost, viskoznost, gostota in temperatura tekoine.

Fluide z majhno hitrostjo in visoko viskoznostjo si predstavljamo navidezno razdeljene na mnoico plasti, ki se premikajo ena med drugo brez meanja (slika 3.2 b). To povzroa gibanje tekoine v obliki enega toka, ki ga imenujemo naravni tok (ali laminarni tok). Hitrost fluida v cevi je najveja v centru in praktino nila ob steni cevi. e prekoraimo doloeno hitrost pretoka, ki jo doloata vrsta tekoine in premer cevi, se posamezne plasti pomeajo med seboj in govorimo o nastanku turbolentnega (vrtinastega) toka (slika 3.2 c), medtem ko se tok ob filmu ne spremeni in ostane naravni tok.

Pretok karakterizira Reynoldsovo tevilo Re. Kjer je:

(Enaba 3.2)

a)

b)

c)

a) razdelitev hitrosti in mejne plasti, b) naravni tok, c) turbolence

Slika 3.2: Pretok tekoine Vir: Fellows, 2000, 52

=

vDRe

D [m] premer cevi, v [m/s] povprena hitrost fluida, [kg/m3] gostota fluida, [Ns/m2] viskoznost fluida.

mejni film

hitrost

hitrost

mejni film


23

Primer 3.2 Dva medija, mleko in repino olje teeta po ceveh enakih premerov (5 cm) pri 20 oC in z enako hitrostjo 3 m/s. Doloi ali tok v cevi za posamezni medij je naraven ali turbolenten (fizikalne lastnosti za mleko in olje tabela 3.1)

Reitev: Vrednosti za mleko: = 2,1 103 Ns/m2 = 1030 kg/m3

=

vDRe =

3101,2

1030305,0

= 73571

Tok v cevi je turbolenten, ker je Re>4000.

Vrednosti za repino olje: = 118 103 Ns/m2 = 900 kg/m3

=

vDRe =

310118

900305,0

= 1144

Tok v cevi je naraven, ker je Re


24

)1(180

dg)(v

32s

f

=

(enaba 3.3) Kjer je:

vf [m/s] hitrost fluidizacije, s [kg/m3] gostota trdnih delcev, [kg/m3] gostota fluida, g [m/s2] zemeljski pospeek, [ns/m2] viskoznost fluida, d [m] premer trdnih delcev, praznost plasti.

Za ivila, ki vsebujejo delce druganih oblik, uporabljamo za doloitev minimalne hitrosti zraka naslednjo formulo.

=

d

se C3

)(d4v

(enaba 3.4) kjer je:

ve [m/s] minimalna hitrost zraka s [kg/m3] gostota trdnih delcev [kg/m3] gostota fluida d [m] premer trdnih delcev cd koeficient vleenja (=0,44 za re= 500 200.000)

Primer 3.3 Grahova zrna povprenega premera 6 mm in gostote 880 kg/m3 suimo s suilcem za utekoinjenje plasti. Minimalna praznina je 0,4 povrina prenega preseka plasti pa je 0,25 m2. Izraunaj minimalno potrebno hitrost zraka za dosego utekoinjenja plasti, e je gostota zraka 0,96 kg/m3, viskoznost pa 2,15 105 Ns/m2.

Reitev: s pomojo enabe 3.3 dobimo

5,8)4,01(1801015,2

)4,0()006,0(81,9)96,0880(v

5

32

f =

=

m/s

3.1.4 Prenos toplote

Prenos toplote v ivila ali iz njih je prisoten v mnogih osnovnih postopkih predelave ivil. Prenos toplote poteka na tri naine: s sevanjem, s prevodnostjo, s konvekcijo.

Sevanje je prenos toplote s pomojo elektromagnetnih valov (npr. elektrini gril), prenos s prevodnostjo temelji na osnovi direktnega prehoda molekularne energije v snovi (npr. prehod toplote skozi pla jeklene posode), prenos s konvekcijo pa omogoajo skupine molekul, ki se premikajo zaradi razlike v gostoti (npr. pri segretem zraku) ali pa kot rezultat meanja (npr. pri meanju tekoin).

V veini primerov nastopajo vsi trije naini prenosa, pri emer lahko prevladuje eden od njih.

Enakomerni prehod toplote nastopa v primeru, kjer je med dvema snovema konstantna temperaturna razlika. Koliina vhodne toplote je enaka koliini izhodne. Taken primer nastopa pri prehodu toplote skozi zid hladne shrambe e sta temperaturi shrambe in okolice konstantni, pri tem pa ostanejo enaki tudi pogoji, ki so povzroili prehod toplote. Pri predelavi ivil pa se v veini primerov temperatura ivila in/ali gretja oz. hlajenja neprestano spreminja, zato govorimo o neenakomernem prehodu toplote. Izraun prehoda


25

toplote je v teh primerih zelo zapleten, zato ga poenostavimo s tevilnimi predpostavkami. V nekaterih primerih si naredimo primerne tabele iz katerih dobimo pribline rezultate.

3.1.4.1 Prevodnost

Hitrost, s katero prehaja toplota na osnovi prevodnosti, je odvisna od temperaturne razlike med ivilom in grelnim oz. hladilnim medijem ter skupno upornostjo toplotnega prenosa.

Tabela 3.2: Toplotna prevodnost nekaterih ivil in ostalih materialov Material Toplotna prevodnost

[W/(moK] Temperatura meritve [oC]

GRADBENI MATERIAL aluminij 220 0 baker 388 0 nerjavee jeklo 21 20 ostale kovine 45400 0 opeka 0,69 20 beton 0,87 20 IVILA olivno olje 0,17 20 mleko neposneto 0,56 20 zmrznjena, suha ivila 0,010,04 0 govedina, zmrznjena 1,3 10 svinjina, pusta 0,48 3,8 polenovka, zmrznjena 1,66 10 jabolni sok 0,56 20 pomaranni sok 0,41 015 fiol, stroji 0,8 12,1 cvetaa 0,8 6,6 jajca 0,96 8 led 2,25 0 voda 0,57 0 EMBALAA lepenka 0,07 20 steklo 0,52 20 PE (polietilen) 0,55 20 PVC 0,29 20 IZOLACIJSKI MATERIAL Polistiren (stiropor) 0,036 0 Poliuretan 0,026 0 ostali 0,0260,052 30

Vir: Fellows, 2000, 56 Upornost toplotnemu prenosu je izraena kot prevajanje materiala ali bolj praktino, kot njena reciprona vrednost imenovana toplotna prevodnost. V primeru pogojev enakomernega prehoda toplote, izraunamo hitrost prehoda toplote po naslednji formuli:


26

x

)(AkQ 21

= (Enaba 3.5)

Izraz x

)( 21 je znan tudi kot temperaturni gradient.

Toplotne prevodnosti materialov, ki nastopajo pri predelavi ivil, so podane v tabeli 3.1 in 3.2. e tudi je toplotna prevodnost nerjaveega jekla nija od aluminija in bakra, je razlika v primerjavi s toplotno prevodnostjo ivil zanemarljiva ter ne omejuje hitrosti prehoda toplote. Nerjavee jeklo je mnogo manj nagnjeno h keminim reakcijam v kontaktu s hrano v primerjavi z ostalimi materiali, zato ga na veliko uporabljamo v ivilski predelovalni industriji.

Toplotna prevodnost ivila je odvisna od raznih dejavnikov, ki doloajo lastnosti ivila (npr. celina struktura, koliina zraka, ujeta med celice in koliina vlage), kakor tudi od temperature in pritiska okolice. Znianje vsebnosti vlage povzroi tudi bistveno zmanjanje toplotne prevodnosti, kar ima pomembne posledice na delovanje osnovnih procesov postopkov (pri katerih nastopa toplotni prehod skozi hrano z namenom odstranitve vode (npr. pri suenju, cvrtju in zmrzovanju).

Pri suenju z zmrzovanjem igra pomembno vlogo na toplotno prevodnost ivila tudi znievanje atmosferskega pritiska, ker ima led vijo toplotno prevodnost od vode, je zelo pomembna doloitev stopnje zmrzovanja in iztiskanja.

3.1.4.2 Neenakomerna prevodnost

Temperatura v doloeni toki ivila med postopkom predelave je odvisna od asa segrevanja ali hlajenja in od poloaja ivila. Zato se venomer spreminja. Dejavniki, ki vplivajo na spremembo temperature so:

temperatura grelnega medija, toplotna prevodnost ivila, specifina toplota ivila. Toplotna difuzija je v naslednjem razmerju s toplotno prevodnostjo, specifino toploto in gostoto.

c

ka

= (Enaba 3.6)

Osnovna enaba za neenakomerni prehod toplote v eno smer x je:

Kjer je: a [m2/s] toplotna difuzija, [kg/m3] gostota, c [J/(kgoK] specifina toplotna vsebnost, k [W/(moK] toplotna prevodnost.

Kjer je: Q [J/s] hitrost prehoda toplote, k [JoK/(ms) ali W/(moK)] toplotna

prevodnost, A [m2] povrina, 1 2 [

oK] temperaturna razlika, x [m] debelina materiala.


27

2

2

dxc

dk

dt

d

=

(Enaba 3.7) Kjer je :

dt

d odvod (sprememba) temperature po asu.

3.1.4.3 Konvekcija

Sprememba temperature fluida rezultira spremembe njegove gostote in s tem vzpostavo tokov naravne konvekcije. Primer za to najdemo pri evaporatorjih z naravno cirkulacijo, gibanju zraka v zamrzovalnih skrinjah in pri premikanju tekoine v ploevinkah med procesom sterilizacije.

Prisilna konvekcija se pojavlja, kadar mealec ali ventilator meajo fluide. Na ta nain se ustvari intenzivneji prenos toplote in hitreja porazdelitev temperature, zato je prisilna konvekcija primerneji nain pri predelavi hrane. Primere prisilne konvekcije najdemo pri mealcih, suilcih utekoinjenih plasti, zamrzovalnikih, in pri tekoinah, ki se prerpavajo skozi toplotne izmenjevalce.

Hitrost prenosa toplote od vroega medija do povrine ivila, doloamo z enabo:

Q = hs A (b s) (Enaba 3.8) Kjer je: Q [J/s] hitrost prenosa toplote, A [m2] povrina, (Fellows, 2000, 58) s [K] temperatura povrine, b [K] temperatura fluida,

hs [W/(m2 K)] koeficient

povrinskega prenosa toplote. Koeficient povrinskega prenosa toplote je mera za odpor na tok toplote. Odpor povzroa mejni film in je vsled tega ekvivalenten izrazu k/x v enabi za prevodnost. Koeficient je veji v turbolentnem toku kot v naravnem. Tipine vrednosti hs so podane v tabeli 3.3.

Tabela 3.3: Vrednosti koeficienta povrinskega prenosa toplote Medij koeficient hs Obiajna uporaba

Vrela tekoina 2.400 60.000 evaporacija Nasiena para 12.000 konzerviranje, evaporacija Nasiena para s 3 % zraka 3.500 Nasiena para s 6 % zraka 1.200

konzerviranje

tekoi amoniak 6.000 zamrzovanje, hlajenje Tekoina v ceveh nizka viskoznost visoka viskoznost

1.200 6.000 120 1.200

pasterizacija evaporizacija

Zrak, hitrost 3 m/s 30 zamrzovanje, peka Zrak, mirujoi 6 skladienje na hladnem

Vir: Fellows, 2000, 58 Ti podatki kaejo, da je prenos toplote po zraku manji kot po tekoinah. Torej potrebujemo za gretje ali hlajenje z zrakom veje toplotne izmenjevalce z uporabo prisilne cirkulacije zraka. Pri enaki temperaturi doseemo z nasieno paro veji prenos toplote kot z vroo vodo, prisotnost zraka v pari pa ga zmanjuje.

Koeficient povrinskega prenosa toplote je odvisen od fizikalnih lastnosti tekoine (gostota, viskoznost, specifina toplota), tenosti (ki povzroa cirkulacijo zaradi spremembe v gostoti), temperaturne razlike in doline ali premera posode, ki jo preizkuamo. Formule, ki upotevajo te dejavnike, nam dajejo naslednja tevila:


28

Nuseltovo tevilo: k

DhNu c

= (Enaba 3.9)

Prandtlovo tevilo: k

cPr p

= (Enaba 3.10)

Grashofovo tevilo:

=

gDGr

33

(Enaba 3.11)

Kjer je: hc [W/(m

2K)] koeficient prenosa toplote s konvekcijo na trdno/tekoi povrini, D [m] premer ali dolina, k [W/(m2K)] toplotna prevodnost fluida, cp [J/(kgK)] specifina toplota pri stalnem pritisku, [kg/m3] gostota, [Ns/m2] viskoznost, g [m/s2] zemeljski pospeek, [1/(mmK)] koeficient toplotnega raztezka, toplotni diferencial. Za naravni pretok po ceveh velja:

33,0)L

DPr(Re62,1Nu = (Enaba 3.12)

kjer je: L dolina cevi, e je RePrD/L > 120 in so vse fizikalne lastnosti izmerjene na

povpreni temperaturi fluida. Grashofovo tevilo uporabljamo pri naravni konvekciji kjer ni turbolence v fluidu.

Nu = 0,023 (Re)0,8 (Pr)n (Enaba 3.13)

Kjer je n = 0,4 za segrevanje, 0,33 za ohlajanje, e je Re>10.000 se mora meriti viskoznost

na povpreni temperaturi filma. Primer 3.4: Polnomastno ( neposneto) mleko hladimo v cevnem toplotnem izmenjevalcu s temperaturo 30 oC na 10 oC. Hlajenje se vri z vodo temperature 1 oC. Premer cevi znaa 5 cm, mleko tee s hitrostjo 1,0 m/s. Izraunaj koeficient prenosa toplote za mleko pri uporabi podatkov iz tabele 3.1. Reitev:

Povprena temperatura mase = 202

1030=

+ oC

Iz tabele (3.1): k = 0,56 W/(m oK), c = 3,9 kJ/(kgK), = 1030 kg/m3. e je Re > 10.000, se mora meriti viskoznost na povpreni temperaturi filma.


29

Povprena temperatura filma = 5,102

)1030(2

11

=

++ oC

Za mleko pri 10,5 oC velja = 2,8103 Ns/m2. Iz enabe 3.2 sledi

=

vDRe = 393.18

108,2

10300,105,03

=

Iz enabe (3.10) sledi

k

cPr p

= = 5,19

56,0

108,2109,3 33=

Iz enabe (3.9) in (3.13) sledi

k

DhNu c

= = 0,023(Re)0,8 (Pr)0,33

Torej je:

hc = 0,023 D

k(Re)0,8 (Pr)0,33 = 0,023

05,0

56,0(18.393)0,8 (19,5)0,33 = 1.768 W/(m2 K)

Pri predelavi ivil imamo v veini primerov opraviti s prenosom toplote skozi razline materiale. Slika 3.3 prikazuje prenos toplote od vroega fluida skozi stene tlane posode na drugi fluid. Povpreno temperaturno razliko izraunamo iz enabe

)h

1

k

x

h

1(

A

Q

baba ++= (Enaba 3.14)

Neznani temperaturi stene 2 in 3 nam nista potrebni. Vse faktorje pa lahko izmerimo. Vsoto uporov pretoku imenujemo delovni koeficient prenosa toplote U. Hitrost prenosa toplote lahko zato izrazimo kot:

Q = U A (a b) (Enaba 3.15) Delovni koeficient prenosa toplote je pomembna velikost, s katero oznaujemo efekt hlajenja ali segrevanja pri razlinih vrstah strojne opreme za predelavo. Primeri so podani v tabeli 3.4.


30

mejni film

temperatura

Razdalja

Slika 3.3: Spremembe temp. od vroe tekoine skozi steno posode k mrzli tekoini Vir: Fellows, 2000, 60

Nasprotno usmerjeni (protitoni) tok tekoine slika 3.4 je glede prenosa toplote uinkoviteji kot enosmerni, zato ga na veliko uporabljamo v toplotnih izmenjevalcih. Temperatura pa je v razlinih tokah izmenjevalca razlina, zato moramo v izraunu upotevati logaritmino vrednost povprene temperaturne razlike.

)/(ln 21

21m

= Enaba 3.16 Kjer je 1 > 2

Tabela 3.4: Vrednosti delovnega koeficienta prenosa toplote v predelavi hrane Fluidi prenosa toplote Primer uporabe Delovni koeficient

prenosa toplote [W/(m2K)]

Vroa voda zrak zrani grelec 10 50 Viskozna tekoina vroa voda posoda z dvojnim plaem 100 Viskozna tekoina vroa voda posoda z dvojnim plaem ter

mealcem 500

Viskozna tekoina para evaporator (uparilnik) 500 Viskozna tekoina para evaporator 1000 3000 Tekoi plin voda grelec 5 50 Uparjeni amoniak voda vodni hladilnik 500

Vir: Fellows, 2000, 61

kovina

vroe mrzlo


31

paralelni nasprotni

Slika 3.4: Paralelni in nasprotni tok skozi toplotni izmenjevalec Vir: Fellows, 2000, 61

Za ve o toplotnih izmenjevalcih z animacijami si poglejte na spletni strani, ki je dosegljiva na http://www.genemco.com/aloe/infoheatexchanger.html (15. 11. 2008). Pri postopku peke doloimo as segrevanja z naslednjo formulo:

)(lnAU

cmt

fh

ih

= (Enaba 3.17)

Kjer je: m [kg] masa, c [J/(kgK)] specifina toplota, h [

oC] temperatura ogrevalnega medija, i [

oC] zaetna temperatura, f [

oC] konna temperatura, A [m2] povrina, U [W/(m2K] delovni koeficient prenosa toplote. Primer 3.5: V protitonem toplotnem izmenjevalcu (slika 3.4) ohlajamo mleko od 73 oC na 38 oC s hitrostjo pretoka 2.500 kg/h. Pri tem uporabljamo vodo z zaetno temperaturo 15 oC ter izhodno temperaturo 40 oC. Cevi izmenjevalca so iz nerjaveega jekla, premera 2,5 cm ter debeline stene 3 mm. Koeficient povrinskega prenosa toplote je 1.200 W/(m2K) na strani mleka in 3000 W/(m2K) na vodni strani cevi. Reitev: Iz enabe 3.14 in 3.15 izraunamo razmerje

33

ba

103,13000

1

21

103

1200

1

h

1

k

x

h

1

U

1

=+

+=++=

torej je koeficient U=3103,1

1= 769,2 W/(m2K)


32

Za izraun doline cevi postopamo kot sledi: Iz enabe 3.15 in 3.16 izraunamo Q Q = U A m

in m = C8,27)]1538/()4073[(ln

)1538()4073(

)/(ln 21

21 =

=

Sedaj je Q koliina toplote, ki jo odda ohlajeno mleko enaka mcp(a b). Iz tabele 3.1 dobimo podatek za cp = 3,9 kJ/kgK.

Torej je: Q = J1048,9)3873()109,3(3600

2500 43 =

Potrebna povrina cevi je:

A= 24

m

m4,48,272,769

1048,9

U

Q=

=

; A = D L

torej je potrebna dolina cevi L = m56025,0

4,4

D

A=

=

3.1.4.4 Neenakomeren prenos toplote s pomojo prevodnosti in konvekcije

Kadar segrevamo s tekoino trdni delec ivila, pomeni ta upor prenosu toplote: koeficient povrinskega prenosa toplote, toplotno prevodnost.

Ta dva koeficienta tvorita Biotovo tevilo k

hBi

= (Enaba 3.18)

Kjer je: h [N/(m2 K] koeficient prenosa toplote, poldimenzija radius valja ali krogle, pol debeline ploe, k [W/(mK)] toplotna prevodnost. Pri majhnih vrednosti Bi (manj kot 0,2) predstavlja glavni upor prenosa toplote povrina filma. V tem primeru izraunamo potrebni as za segretje trdnega ivila po enabi (3.18), pri tem pa upotevamo koeficient prenosa toplote filma hs namesto vrednosti za U. Vendar v veini primerov toplotna prevodnost hrane limitira pri prenosu toplote k vrednosti Bi>0,2. Za reitev enab neenakomernega prenosa toplote v hrani enostavne oblike je potrebna vrsta diagramov.


33

a) krogla, b) ploa, c) valj. Slika 3.5: Diagram neenakomernega prenosa toplote

Vir: Fellows, 2000, 64 Diagrami upotevajo temperaturo (del temperaturne spremembe, ki aka na dovritev enaba 3.19.), Fourierovo tevilo Fo (tevilo, ki se nanaa na toplotno difuznost, velikosti delcev in asa, potrebnega za segrevanje in ohlajevanje enaba 3.20) ter biotovo tevilo Bi:

ih

fh

(Enaba 3.19)

Kjer pomeni indeks h grelni medij, indeks f konno vrednost i zaetno vrednost.

2c

tkFo

= (Enaba 3.20)

Primer 3.6 Grah s povprenim premerom 6 mm poparimo. Temperatura v srediu zrna znaa 85 oC. Zaetna temperatura graha je 15 oC , temperatura kropa pa 95 oC. Izraunaj potrebni as s predpostavko, da znaa koeficient prenosa toplote 1200 W/(m2K) in toplotna prevodnost za grah 0,35 W/(m K), specifina toplota 3,3 kJ/(kg K) ter gostota 980 kg/m3. Reitev:

Iz enabe 3.18 izraunamo Bi: k

hBi

= = 3,10

35,0

)103(1200 3=

Torej je 097,0h

k=

Iz enabe 3.19 izraunamo del temperaturne spremembe


34

ih

fh

= 125,0

1595

8595=

Iz diagrama za kroglo (slika 3.5) doloimo: Fo = 0,32

t = 0,32 s6,2635,0

)103(980)103,3(32,0

k

c 2332=

=

3.1.5 Toplotni viri in njihova uporaba pri predelavi ivil

Pri izbiri metode predelave ivil je stroek za energijo eden izmed najvanejih elementov, saj vpliva konno tudi na ceno ivila ter na donosnost postopka. Z ozirom na ceno, varnost, nevarnost kontaminacije ivila, fleksibilnost uporabe ter stroke obratovanja opreme za prenos toplote imajo doloena goriva specifine prednosti ter omejitve.

V predelavi ivil uporabljamo naslednje vire energije:

elektriko, plin (naravni in naftni), mazut. Trdna goriva (antrocit, premog, drva in oglje) uporabljamo le v omejenem obsegu. Prednosti in omejitve za vsako vrsto goriva so podane v tabeli 3.5.

Tabela 3.5: Prednosti in omejitve za vrsto goriva. Prednosti in omejitve Elektrin

a energija Plin Tekoe

gorivo Trdno gorivo

Koliina energije na enoto mase ali volumna

Nizka (a) Visoka (b) Srednja do visoka (c)

Cena energije na kJ visoka nizka nizka nizka Stroki opreme za prenos toplote

nizki nizki visoki nizki

Uinkovitost segrevanja (d) visoka srednje do visoka

srednja do nizka

nizka

Fleksibilnost uporabe visoka visoka nizka nizka Nevarnost eksplozije in poara majhna visoka majhna majhna Nevarnost kontaminacije hrane majhna majhna visoka visoka Stroki za delo in manipulacijo nizki nizki nizki visoki Obseg uporabe (%) v Evropi (podatki za leto 1981)

9,60 38,20 30,44 21,70

a. kurilnost plina je 1,17 103 do 4,78 103 kJ/kg, b. kurilnost olja je 8,6 103 do 9,3 103 kJ/kg, c. kurilnost premoga je 5,26 103 do 6,7 103 kJ/kg in lesa 3,8 103 do 5,26 103 kJ/kg, d. uinkovitost je definirana kot razmerje energije, porabljene za segrevanje izdelka in

koliino dovedene energije.

Vir: Fellows, 2000, 66


35

3.1.5.1 Direktne metode

Za segrevanje ivila lahko uporabimo direktno ali indirektno metodo, za hlajenje pa samo indirektno. Pri direktni metodi pride toplota, ki jo razvije zgorevanje, v neposredni stik z ivilom. Pri tem obstaja nevarnost kontaminacije ivila z vonjem ali nepopolnim zgorevanjem goriva, vsled esa v ta namen uporabljamo veinoma plin ter v manji meri tekoa goriva. Kot primer uporabe navajamo pekovske in suilne pei. Za direktno metodo ne smemo smatrati direktne injekcije pare, saj se para proizvaja na loeni lokaciji.

Elektrina energija se obravnava kot poseben vir loeno od ostalih. Proizvajajo jo parne turbine, ki jih poganja primarno kurivo (npr. premog ali olje) ali jedrska energija, vendar pa se lahko tudi elektrina energija uporablja direktno z dielektrinim gretjem ali mikrovalovi.

3.1.5.2 Indirektna metoda

Indirektne metode segrevanja uporabljamo v toplotnih izmenjevalcih, kjer so ivila loena od produktov zgorevanja. Najenostavneja indirektna metoda je zgorevanje goriva pod jekleno ploo ter segrevanje s pomojo sevanja energije vroe ploe. Najbolj razirjen nain indirektnega segrevanja, v predelavi ivil pa je segrevanje s paro iz bojlerja (toplotnega izmenjevalca), ki je lociran loeno od objekta predelave. Drugi toplotni izmenjevalec prenaa toploto pare v ivilo na kontroliran nain, lahko pa se para injecira direktno v ivilo.

Varianta tega sistema je uvedba tretjega toplotnega izmenjevalca, ki prenaa toploto od pare na zrak, ki potem sui ivilo ali pa ga segreva, da vlaga izpari.

Indirektnega naina gretja se posluujemo tudi z uporabo elektrinih uporovnih grelcev ali pa infrardeih grelcev. Uporovni grelci se sestojijo iz CrNi ic vgrajenih v ploe, ki so pritrjene na obloge tlanih posod, lahko so tudi v obliki fleksibilnih oblog, ovitih okoli posode ali pa kot grelci potopljeni v hrano. Ta tip grelcev se uporablja za lokalno ali pa za obasno gretje.

Elektrina energija je eden najvanejih elementov v tehnolokih procesih, tudi vpliva pa tudi na ceno izdelka in na onesnaevanje okolja. Vsi uporabniki, predvsem pa vi, bodoi inenirji, morate skrbno in varno uporabljati elektrino energijo. Za pridobivanje elektrine energije si oglejte spletne strani: Termoelektrarne otanj http://www.tesostanj.si/default.asp?id=6 (16. 8. 2008), Jedrske elektrarne Krko http://www.nek.si/sl/o_jedrski_tehnologiji/ (16. 8. 2008), Dravskih elektrarn http://www.dem.si/slo/elektrarneinproizvodnja/kakonastaneelektricnaenergija (16. 8. 2008), Termoelektrarne Brestanica http://www.teb.si/proizvodniprocesi.html (16. 8. 2008). Primerjajte vpliv kodljivosti posamezne elektrarne na okolje.

3.2 VPRAANJA ZA SAMOEVALVACIJO

1. Kateri so osnovni cilji ivilske industrije? 2. Opii pomen Reynoldsovega tevila. 3. Natej in opii naine prenosa toplote. 4. Od esa je odvisna hitrost s katero prehaja toplota na osnovi prevodnosti? 5. Kateri dejavniki vplivajo na spremembo temperature? 6. Opii razliko med direktno in indirektno metodo prenosa toplote. 7. Opii delovanje toplotnega izmenjevalca.


36

4 PROCESI PO PREDELAVI

UVOD Osnovni procesi predelave spreminjajo zaznavne karakteristike ivila in/ali omogoajo podaljanje roka uporabnosti. Na zadranje kakovosti ivila med shrambo (uskladienjem) pa v veliki meri vpliva na izbiro primernega embalanega materiala in vzdrevanje primernih pogojev skladienja.

V nadaljnjih poglavjih bomo podrobno opisali embalane materiale ter pripadajoo opremo za polnjenje in hermetino zapiranje.

Kot smo povedali e v uvodnem poglavju o predelavi ivil so osnovni postopki med sabo povezani v tehnoloki proces. Za zagotovitev izdelave ivil primerne kakovosti pri najniji ceni, kontroliramo pretok materiala in energije v vsakem postopku. Obiajno se kontrole izvruje avtomatino. Nadalje opisujemo tudi detajle tehnike kontrole materiala in nain povezave osnovnih postopkov pri predelavi osnovnega materiala.

4.1 PRELIVI ALI PREVLEKE

Prevleenje s prelivi, drobtinami, okolado in drugimi materiali ima namen izboljati kakovost ivila in poveati asortiman izdelkov. V nekaterih primerih predstavlja preliv prepreko izhajanja vlage in plinov iz ivila ali pa zaito pred mehansko pokodbo ivila.

Prelivi sestavljeni iz soli, dodatkov posebnih okusov ter barv ali sladkorja poveajo izbor izdelkov in izboljajo okusnost. Postopki prelivanja imajo na vrednosti ivila minimalni vpliv (razen v primerih, ko dodajamo sestavine ivilu s pomojo prelivov).

4.1.1 Materiali za prelive

Za prelivanja slaiarskih izdelkov, sladoleda in peciva uporabljamo okolado ali zmesi (v katerih kokosovi delci in trdno rastlinsko olje zamenjujejo kokosovo maslo). Glavna sestavina prelivov sta maobe in sladkor. Za dosego potrebnih lastnosti dodajamo e koruzni sirup, posebne okuse, barvila topna v maobah in emulgatorje.

Maoba je toplotno obdelana (stopljena na cca 43 oC in hlajena z neprestanim meanjem na 29 oC, da nastanejo delci za tvorbo maobnih kristalov). Nato maobo ponovno segrejemo na 3132 oC, da stopimo e nestabilne kristale in jo med postopkom oblivanja drimo na tej temperaturi.

Hlajenje po oblivanju povzroa v maobi samo stabilne maobne kristale in prepreuje razvoj tanke plasti maobe na povrini preliva, ki povzroa motnost ali pojav belih pik. Za znianje sladkosti in cene preliva uporabljamo koruzni sirup in krob. Delci kroba vplivajo na zgradbo ivila, zato koliino kroba skrbno nadzorujemo.

Debelino preliva doloa deloma njena viskoznost, ki jo kontroliramo z vsebnostjo maobe (ve maobe povzroa nijo viskoznost), deloma pa tip in koliina emulgatorjev in antioksidantov. Za dosego zahtevane viskoznosti prelivov ter potrebne okusnosti konnega proizvoda, je potrebna skrbna kontrola razmerja sladkorja, kroba in maobe.


37

4.1.2 Oprema za izdelavo prelivov

ivilo se premika na tekoem traku iz nerjavee jeklene ice do enojnega ali dvojnega zastora, ki ga tvori prenje vroe in tekoe mase za preliv (slika 4.1). Preliv se izvri: pri prehodu izdelka preko ozke odprtine na dnu posode, pri prehodu izdelka preko roba posode, s pomojo prelivnih valjkov.

Slika 4.1: Stroj za izdelavo prelivov. Vir: Fellows, 2000, 476

Slika 4.2: prelivanje sladolednih luk s okolado Ponev, ki se nahaja pod tekoim trakom, zbira odveni prelivni material ter ga skozi grelec recirkulira v posodo za prelivanje. e pa potreben preliv tudi na spodnji strani izteka, se


38

prelivna masa nanaa nanjo s pomojo valjkov, ki jo dodajajo skozi ice tekoega traku. Odveni prelivni material odstranjujejo zrana puhala, vibracija valjkov in valjki za odstranjevanje ''repov''. Naloga vseh teh naprav je narediti izdelku iste robove. Za dodatno dekoracijo preliva sluijo razne ploice, valjki ali ice instalirane ob tekoem traku.

Preliv se nato ohladi s pomojo recirkulacije zraka v hladilnem tunelu. Za naglo ohladitev izdelka se uporabljajo nizko temperaturna obmoja v tunelu, hkrati pa tudi prepreujejo podhladitev, ki bi lahko povzroila povrinsko motnost.

Debelino preliva doloata temperaturi preliva in ivila, njena viskoznost, kakor tudi jakost zranega toka v puhalih ter hitrost ohlajanja. Prelite izdelke se nato 48 ur hrani na temperaturi 22 oC. Na ta nain se omogoi nemoten proces kristalizacije maob. Latentna toplota kristalizacije se odstrani iz izdelka, saj bi se sicer kristali ponovno stopili.

4.1.3 Oblikovanje s testom in nanaanje prelivov

Testo predstavlja raztopina moke in vode, ki se ji dodajajo sladkor, sol, barvila, dodatki za okus in gostoto v razlinih koncentracijah, ki zagotovijo potrebne lastnosti preliva. Ta preliv se uporablja npr. za oblivanje rib, perutnine in izdelkov iz krompirja. Enojni (enoslojni) debeleji oblivi se uporabljajo za izdelke, ki se kasneje ne obdajajo z drobtinami. Ta preliv se ustvari s prehodom izdelka skozi kopel iz testa med dvema tekoima trakovoma v obliki sita, potopljenima v testo.

Tanji adhezivni oblivi se uporabljajo na proizvodih namenjenih za kasnejo prevleko z drobtinami. Ta obliv se ustvari s potapljanjem izdelka v kopel ali pa s prehodom izdelka skozi eno ali ve prilnih zaves, podobno kot pri izdelavi prelivov. V obeh primerih uporabljamo puhala, da odstranimo odveno koliino obliva in omogoimo kontrolo njegove debeline. Izdelki se nato zamrznejo ali cvrejo in ohladijo.

Drobtine se izdelujejo v specifini velikosti ter po potrebi obarvajo ter zainijo. So krhke in je potrebno z njimi previdno ravnati. Za nanaa

Documents

Tehnoloski procesi z varstvom pri delu, embalaza in logistika