Процессы и аппараты пищевых производств

 
 
 
 
 
В. А. Авроров 
 
 
 
 
ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ 
ПРОИЗВОДСТВ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2023 


УДК 664 
ББК 36.81 
А21 
Рецензенты: 
доктор биологических наук, профессор кафедры биотехнологий  
и техносферной безопасности Пензенского государственного  
технологического университета Ефремова С. Ю.; 
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой  
биомедицинской инженерии Пензенского государственного  
технологического университета Чулков В. А. 
Авроров, В. А. 
А21 
Процессы и аппараты пищевых производств : учебное пособие / 
В. А. Авроров. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 796 с. : 
ил., табл.  
ISBN 978-5-9729-1153-0 
Рассмотрены теоретические основы процессов обработки пищевого 
сырья и полуфабрикатов: механические, гидромеханические, тепломассообменные процессы. Приведена классификация процессов и аппаратов, 
рассмотрены принципиальные схемы, устройство и принцип действия 
аппаратов для реализации этих процессов.  
Для студентов вузов, обучающихся по направлениям подготовки 
бакалавриата: 15.03.02 «Технологические машины и оборудование», 
19.03.02 «Продукты питания из растительного сырья», 19.03.03 «Продукты питания животного происхождения», 19.03.04 «Технология продукции 
и организация общественного питания». Издание может быть полезно 
специалистам, работающим в области пищевой индустрии.  
УДК 664 
ББК 36.81 
ISBN 978-5-9729-1153-0 
” Авроров В. А., 2023 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

ʝʒʚʏʑʚʔʜʗʔ
Предисловие  .............................................................................................................. 8 
 
ЧАСТЬ I. МЕХАНИЧЕСКИЕ И ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ  
ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ 
................................................................................ 14 
ТЕМА 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССАХ ПИЩЕВЫХ  
ПРОИЗВОДСТВ И О МЕТОДАХ ИХ ИССЛЕДОВАНИЙ  ................................. 15 
1.1. Основные сведения о технологических процессах обработки  
пищевых материалов ................................................................................. 15 
1.2. Определение выходных параметров технологических процессов ....... 20 
1.3. Характеристики моделей процессов как объектов исследований ........ 23 
1.4. Основные положения теории подобия. Метод анализа  
размерностей .............................................................................................. 31 
 
ТЕМА 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ  
И ЗАКОНОМЕРНОСТИ 
........................................................................................... 52 
2.1. Понятия и закономерности, характеризующие течение  
механических процессов ........................................................................... 52 
2.2. Основные сведения о свойствах и поведении пищевых  
материалов при механической обработке ............................................... 62 
 
ТЕМА 3. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. ИНСПЕКТИРОВАНИЕ  
И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПИЩЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ ............................................ 76 
3.1. Типовые механические процессы, применяемые при обработке  
пищевых материалов ................................................................................. 76 
3.2. Процессы и аппараты для сортирования и калибрования  
пищевых продуктов  .................................................................................. 77 
3.3. Транспортное оборудование для конвейерного перемещения  
пищевых материалов  ................................................................................ 82 
3.4. Процессы и системы аэродинамического транспортирования  
дисперсных материалов ............................................................................ 89 
3.5. Устройства и системы для распределения потоков пищевых  
материалов по емкостям 
............................................................................ 96 
 
ТЕМА 4. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ ПИЩЕВЫХ  
МАТЕРИАЛОВ ....................................................................................................... 105 
4.1. Процессы и аппараты ударного способа измельчения пищевых  
материалов  ............................................................................................... 105 
4.2. Измельчение твердых материалов давлением  ..................................... 117 
4.3. Протирание и финиширование пищевых материалов ......................... 121 
4.4. Процесс измельчения пищевых продуктов резанием .......................... 125 
4.5. Измельчение пластиковой упаковки пищевых продуктов .................. 134 
͵

ТЕМА 5. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. СЕПАРИРОВАНИЕ  
ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ 
........................................................................... 140 
5.1. Процесс сепарирования и его основные закономерности ................... 140 
5.2. Аппараты для сепарирования дисперсных материалов ....................... 149 
5.3. Процесс просеивания и просеивающее оборудование ........................ 154 
 
ТЕМА 6. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. СМЕШИВАНИЕ  
И ДОЗИРОВАНИЕ СУХИХ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ 
......................... 162 
6.1. Показатели качества смешивания дисперсных материалов ................ 162 
6.2. Вероятностные модели процесса смешивания сыпучих частиц 
......... 166 
6.3. Методы оптимизации процесса смешивания дисперсных  
материалов ................................................................................................ 171 
6.4. Аппараты для смешивания сыпучих материалов ................................. 179 
6.5. Процесс дозирования дисперсных материалов. Аппараты  
для дозирования ....................................................................................... 186 
 
ТЕМА 7. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. ПРЕССОВАНИЕ,  
ВАЛЬЦЕВАНИЕ, ЭКСТРУДИРОВАНИЕ, ФОРМОВАНИЕ ............................ 195 
7.1. Процессы и аппараты для обработки пищевого сырья  
давлением 
.................................................................................................. 195 
7.2. Процессы и аппараты для деления на порции и округления  
полуфабрикатов 
........................................................................................ 199 
7.3. Процессы и аппараты для вальцевания теста  ...................................... 202 
7.4. Процессы и аппараты для формования пищевых  
полуфабрикатов 
........................................................................................ 227 
7.5. Процесс экструдирования пищевых материалов 
.................................. 249 
 
ТЕМА 8. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. ОСНОВНЫЕ  
ПОНЯТИЯ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ .................................................................... 263 
8.1. Основные понятия о гидромеханических процессах ........................... 263 
8.2. Основные законы и уравнения гидромеханики .................................... 267 
8.3. Особенности и условия течения вязких жидкостей ............................. 285 
8.4. Типовые гидромеханические процессы при обработке пищевых  
материалов ................................................................................................ 289 
 
ТЕМА 9. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. МОЙКА И ОЧИСТКА  
ПИЩЕВОГО СЫРЬЯ 
.............................................................................................. 296 
9.1. Процесс мойки пищевого сырья и моечное оборудование ................. 296 
9.2. Процесс очистки сырья и моечно-очистительное оборудование ....... 301 
 
ТЕМА 10. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. РАЗДЕЛЕНИЕ  
НЕОДНОРОДНЫХ ДИСПЕРНЫХ СИСТЕМ ..................................................... 309 
10.1. Основные сведения о процессах разделения гетерогенных  
систем 
...................................................................................................... 309 
Ͷ

10.2. Процессы и аппараты для осаждения, фильтрования,  
центрифугования и сепарирования 
...................................................... 310 
10.3. Мембранные процессы и аппараты для разделения жидких сред .... 340 
10.4. Разделение пылегазовых и неоднородных жидких сред ................... 345 
 
ТЕМА 11. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. ПЕРЕМЕШИВАНИЕ 
ЖИДКИХ НЕОДНОРОДНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ 
................................ 358 
11.1. Процесс гидромеханического перемешивания жидких сред ............ 358 
11.2. Характеристика рабочих органов гидромеханических  
смешивающих устройств ...................................................................... 360 
11.3. Основные закономерности процесса гидромеханического  
перемешивания ............................................................................................. 
366 
11.4. Аппараты для перемешивания жидких сред ....................................... 373 
11.5. Процесс и аппараты для барботирования жидких сред ..................... 378 
 
ТЕМА 12. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. ДОЗИРОВАНИЕ  
ЖИДКИХ СРЕД И ПЕРЕМЕШИВАНИЕ ВЯЗКОУПРУГИХ  
И ПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ...................................................................... 384 
12.1. Процессы и аппараты для дозирования жидких сред ........................ 384 
12.2. Процесс приготовления теста  .............................................................. 392 
12.3. Аппараты для замешивания теста ........................................................ 395 
 
ТЕМА13. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. ДИСПЕРГИРОВАНИЕ 
ЖИДКИХ СРЕД ...................................................................................................... 402 
13.1. Основные характеристики и реологические свойства  
неоднородных дисперсных систем ...................................................... 402 
13.2. Процесс эмульгирования жидких сред ................................................ 409 
13.3. Процесс распыления жидких сред ....................................................... 412 
13.4. Процессы и аппараты для гомогенизации неоднородных  
дисперсных систем ................................................................................ 441 
 
ТЕМА 14. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. РОТОРНОЕ  
ДИСПЕРГИРОВАНИЕ СУСПЕНЗИЙ И ЭМУЛЬСИЙ ...................................... 454 
14.1. Многоканальный роторный диспергатор неоднородных  
дисперсных систем ................................................................................ 454 
14.2. Условия движения струек жидкости в отверстиях ротора  
и статора диспергатора 
.......................................................................... 457 
14.3. Условия движения жидкости в зазоре между ротором  
и статором 
............................................................................................... 473 
14.4. Модель разрушения частиц дисперсной фазы суспензий  
и эмульсий 
................................................................................................. 
477 
14.5. Вспенивание жидких сред в роторном диспергаторе ........................ 488 
14.6. Оценка величины возникающих напряжений в роторе  
диспергатора при его вращении ........................................................... 490 
 
ͷ

ТЕМА 15. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ.  ПРЕССОВАНИЕ  
ВЛАГОСОДЕРЖАЩИХ ПИЩЕВЫХ ОТХОДОВ ............................................. 503 
15.1. Свежий свекловичный жом, как ценный вторичный  
материальный ресурс 
............................................................................. 503 
15.2. Классификация аппаратов для отжима влагосодержащих  
отходов .................................................................................................... 505 
15.3. Условия и основные закономерности процесса прессования  
жома 
......................................................................................................... 510 
15.4. Оценка усилий прессования жома в зоне шнекового  
движителя ............................................................................................... 518 
15.5. Процесс отделения влаги в зоне шнекового движителя .................... 527 
 
ЧАСТЬ 2. ТЕПЛОВЫЕ, МАССООБМЕННЫЕ  
И ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ................. 532 
 
ТЕМА 16. ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ  
И ЗАКОНОМЕРНОСТИ 
......................................................................................... 533 
16.1. Основные сведения о процессах теплообмена 
.................................... 533 
16.2. Передача теплоты теплопроводностью ............................................... 539 
16.3. Передача теплоты конвекцией 
.............................................................. 546 
16.4. Передача теплоты излучением ............................................................. 555 
 
ТЕМА 17. ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ. ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКА  
ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ................................................................................... 565 
17.1. Основные виды и характеристика тепловых процессов .................... 565 
17.2. Материальный и тепловой баланс технологических процессов ....... 574 
17.3. Основные зависимости и расчетные формулы процесса  
охлаждения ............................................................................................. 580 
17.4. Теплообменные аппараты ..................................................................... 594 
 
ТЕМА 18. МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ. АБСОРБЦИЯ  
И АДСОРБЦИЯ ....................................................................................................... 619 
18.1. Основные понятия и закономерности массообменных процессов ... 619 
18.2. Сорбционные процессы 
......................................................................... 624 
18.3. Аппараты для проведения абсорбции и адсорбции 
............................ 631 
18.4. Ионообменные процессы и аппараты .................................................. 639 
 
ТЕМА 19. МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ. ЭКСТРАКЦИЯ 
........................ 646 
19.1. Основные понятия о процессе и способах экстракции ...................... 646 
19.2. Особенности, основные характеристики и зависимости  
процесса экстрагирования 
..................................................................... 647 
19.3. Аппараты для экстракции: устройство и принцип действия 
............. 656 
 
 
 
͸

ТЕМА 20. МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ............ 670 
20.1. Основные понятия и закономерности процесса  
кристаллизации ...................................................................................... 670 
20.2. Способы получения кристаллов ........................................................... 673 
20.3. Аппараты для кристаллизации и основные расчетные  
параметры ............................................................................................... 675 
 
ТЕМА 21. МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ. ПЕРЕГОНКА  
И РЕКТИФИКАЦИЯ .............................................................................................. 686 
21.1. Особенности и основные закономерности процесса перегонки ....... 686 
21.2. Элементы конструкции колонных устройств тарельчатого типа ..... 693 
21.3. Особенности конструкции насадочных струйчатых  
и разбрызгивающих колонн 
.................................................................. 702 
21.4. Элементы гидравлического и прочностного расчета колонн 
............ 705 
 
ТЕМА 22. ПРОЦЕССЫ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА. СУШКА  
ПИЩЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ ................................................................................. 714 
22.1. Влияние свойств материалов и форм связи влаги  
на эффективность процесса сушки ...................................................... 714 
22.2. Условия движения влаги в порах и капиллярах продукта  
при его высушивании ............................................................................ 725 
22.3. Условия термодинамического равновесия при сушке ....................... 733 
22.4. Механизм тепломассопереноса при радиационном  
и кондуктивном подводе энергии ........................................................ 739 
 
ТЕМА 23. ПРОЦЕССЫ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА. СПОСОБЫ  
И АППАРАТЫ ДЛЯ СУШКИ ВЛАГОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ ...... 750 
23.1. Способы сушки и классификация сушильного оборудования 
.......... 750 
23.2. Основные этапы и периоды процесса сушки ...................................... 752 
23.3. Аппараты для сушки влагосодержащих пищевых материалов ........ 755 
23.4. Материальный и тепловой баланс сушильной установки ................. 765 
 
ТЕМА 24. ПРОЦЕССЫ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА. СУШИЛЬНЫЕ  
АППАРАТЫ С НАПРАВЛЕННЫМ ПОДВОДОМ ИНФРАКРАСНОГО  
ИЗЛУЧЕНИЯ ........................................................................................................... 771 
24.1. Выбор источника ИК-излучения для тепловых аппаратов................ 771 
24.2. Определение рационального расстояния между блоком  
излучателей и нагреваемым продуктом .............................................. 776 
24.3. Выбор конструкционного материала для рабочих зон тепловых  
установок ................................................................................................ 778 
24.4. Универсальная сушилка-печь с направленным подводом ИК  
излучения ................................................................................................ 781 
24.5. Энергосберегающие тепловые аппараты с направленным  
подводом ИК-излучения ....................................................................... 784 
 
͹

ʞ˓ˈˇˋ˔ˎˑ˅ˋˈ
Дисциплина «Процессы и аппараты пищевых производств» относится  
к обязательной части дисциплин 15 и 19 укрупненных групп специальностей  
по направлениям подготовки бакалавриата, магистратуры и аспирантуры «Технологические машины и оборудование», «Продукты питания из растительного 
сырья», «Продукты питания животного происхождения», «Технология продукции и организация общественного питания», «Промышленная экология и биотехнологии», на основе которой формируются последующие специальные дисциплины и дисциплины специализаций соответствующих направлений и профилей подготовки в области пищевых технологий и пищевой инженерии.  
Курс по процессам и аппаратам пищевых производств базируется на дисциплинах естественно-математического цикла - технической механике, физике, 
химии, гидравлике, механике сплошных сред, теплотехнике, теории технологического потока, реологии пищевых продуктов.  
Предметом изучения данного курса являются общие начала основных 
процессов по преобразованию пищевого сырья в полуфабрикаты и готовую 
продукцию: механических, гидромеханических, мембранных, тепловых, массообменных, тепломассообменных. 
Усвоение знаний по общим началам и принципам организации и проведения технологических процессов пищевых производств, знание технологического оборудования, принципов его работы, умение проводить анализ преимуществ и недостатков аппаратурной составляющей процессов является основой 
успешного овладения специальной технологией и оборудованием отраслей пищевой и перерабатывающей промышленности агропромышленного комплекса.  
К основным задачам данного курса относятся: 
 изучение основ, сущности и структуры процессов трансформации пищевого сырья в полуфабрикаты и готовую продукцию; 
 определение выходных параметров технологических процессов и 
оценка их эффективности; 
 изучение методов интенсификации и оптимизации процессов; 
 изучение устройства и принципа действия технологического оборудования, реализующего данные процессы. 
Курс «Процессы и аппараты» создавался в результате многолетних исследований, проводимых отечественными и зарубежными учеными в области 
пищевых и химических технологий. Основные идеи курса были высказаны еще 
в XIX веке и сформированы в целостную систему к началу XX века в работах 
проф. А. К. Крупского.  
ͺ

Основоположник курса «Процессы и аппараты» проф. А. К. Крупский 
отмечал, что наиболее успешным является путь обобщения, ведущий к сознательному мышлению и техническому пониманию изучаемых процессов, на которых строится любая технология. 
В дальнейшем эти идеи получили развитие в работах проф. И. А. Тищенко, А. А. Кирова, Л. Ф. Фокина, К. Ф. Павлова, А. Г. Касаткина, Г. М. Знаменского и других отечественных ученых, а также в работах Шервуда, Льюиса, Валентаса К. Дж.1 и др. 
Первый курс «Процессы и аппараты» проф. И. А. Тищенко был издан  
в 1912 г. В развитие мысли, высказанной проф. А. К. Крупским, проф. И. А. Тищенко также отмечал, что курс должен содержать общие начала процессов,  
на которых должны основываться главные технологические операции.  
Работы проф. Кирова А. А. были посвящены разработке теории процесса 
перегонки; проф. Знаменского Г. М. - процессам фильтрации и центрифугования; проф. Зуева М. Д - расчетам выпарных установок; акад. АН БССР Лыкова А. В. и проф. Гинзбурга А. С. - процессам сушки. 
Дальнейшее развитие курса с учетом современных достижений в области 
совершенствования процессов и оборудования отражено в работах2 3. 
Знание сущности явлений, происходящих в ходе выполнения процессов 
на оборудовании пищевых производств, необходимо для нахождения оптимальных режимов обработки пищевого сырья, создания новых конструкций 
энерго- и ресурсосберегающего технологического оборудования. При этом оптимизация процессов и совершенствование аппаратов пищевых производств 
неразрывно связаны со знанием физико-механических свойств сырья и готовой 
продукции, поскольку параметры работы оборудования и выполнение технологических операций в огромной степени зависят от этих свойств. 
Знание и использование реологических свойств пищевых материалов, 
особенностей протекания того или иного процесса трансформации сырья в готовую продукцию, характера взаимодействия материала и рабочих органов 
способствует повышению качества выпускаемой продукции и технической 
культуры пищевых производств. 
Данное издание состоит из двух частей.  
Темы первой части посвящены рассмотрению основных начал механических и гидромеханических процессов и аппаратов пищевых производств. Во 
второй части рассматриваются тепловые, массообменные и тепломассообменные 
процессы и аппараты. Каждая тема разделов сопровождается примерами расче                                          
 
1 Валентас К. Дж., Ротштейн Э., Сингх Р. П. Пищевая инженерия. Справочник с примерами расчетов. - СПб: Профессия, 2004. 
2 Плаксин Ю. М., Малахов Н. Н., Ларин В. А. Процессы и аппараты пищевых производств. - М: Колос, 2006. 
3 Антипов С. Т., Кретов И. Т., Остриков А. Н. Машины и аппараты пищевых производств. В 3-х кн. 
Под ред. акад. РАСХН В. А. Панфилова - Минск: БГАТУ, 2007. 
ͻ

та технологических и технических параметров процесса, условными обозначениями, глоссарием, тестами для самопроверки и контрольными вопросами. 
В первой теме приводятся основные сведения о технологических процессах преобразования пищевого сырья в готовую продукцию, даются определения выходных параметров процессов, характеристики видов моделей, как объектов исследований процессов. Рассматривается метод анализа размерностей, и 
приводятся основные положения и применения теории подобия при исследовании технологических процессов. 
Вторая тема посвящена рассмотрению основных понятий и закономерностей, характеризующих течение механических процессов. Приведены основные сведения о свойствах и поведении пищевых материалов при механической 
обработке. 
В третьей теме рассматриваются процессы инспектирования, и распределения пищевых материалов по емкостям технологического оборудования. 
Приведена классификация типовых механических процессов. Рассмотрены вопросы сортирования, калибрования пищевых продуктов и материалов, аэродинамического и конвейерного транспортирования сырья, приведены устройства 
и системы непрерывного распределения дисперсных и жидких продуктов по 
емкостям технологического оборудования. 
Четвертая тема касается изложения особенностей процессов измельчения 
твердых и пластичных пищевых материалов и измельчающего оборудования. 
В пятой теме рассмотрены особенности и закономерности процесса сепарирования дисперсных материалов. Дано описание типового оборудования 
для сепарирования и просеивания пищевых продуктов.  
Шестая тема затрагивает рассмотрение вопросов смешивания и дозирования сухих дисперсных материалов. Дан анализ вероятностных моделей процесса смешивания различных видов компонентов, приведены методы оптимизации состава смесей, рассмотрены аппараты для смешивания и дозирования 
сыпучих материалов. 
В седьмой теме изложены особенности и приведены закономерности 
процессов прессования, вальцевания, экструдирования и формования полуфабрикатов и рассмотрено устройство, принцип действия, преимущества и недостатки используемых для осуществления этих процессов машин и аппаратов. 
В восьмой теме приводятся основные понятия и закономерности гидромеханических процессов. Рассмотрены основные законы и уравнения гидромеханики и условия течения жидкостей. Приведена классификация типовых гидромеханических процессов, применяемых при обработке пищевых материалов. 
Девятая тема посвящена рассмотрению процессов и оборудования для 
мойки и очистки пищевого сырья. 
В десятой теме рассматриваются особенности и параметры основных 
гидромеханических процессов, широко используемых в пищевых и перерабатывающих отраслях АПК: процессы разделения неоднородных жидких  
ͳͲ