Классификация технологических систем и процессов

 

По уровню иерархии системы делят на

- макросистемы

- микросистемы

К макросистемам относят системы народнохозяйственных и территориально-промышленных комплексов, отраслей и подотраслей хозяйства. Микросистема является технологической системой производственных объединений и предприятий. Между системами одного и разных иерархических уровней существуют многочисленные связи. Чем выше уровень системы, тем сложнее и разнообразнее ее связи с окружением, поэтому анализ систем высших уровней является очень слдожным заданием. Значительно проще и легче подвергаются анализу микросистемы. В свою очередь, микросистему предприятия делят на 3 иерархические уровни: уровень предприятия, производственного подразделения (цех, отдел) и технологического процесса (рис.3).

По принципу организационной структуры технологические системы делят на:

-параллельные

-последовательные

-комбинированные

в зависимости от уровня механизации и автоматизации системы объединяют в 3 группы:

-немеханизированные

-механизированные

-автоматизированные и автоматические

По уровню специализации системы делят:

-специальные (изготавливают 1 вид продукции)

-специализированные (изготавливают группу однородной или смежной продукции)

-универсальные (изготавливают продукцию разных групп и широкой номенклатуры)

По степени гибкости системы делят:

-жесткие (приспособлены для выпуска только 1 вида продукции)

-перестраивающиеся (системы, которые могут быть использованы для выпуска продукции другого вида, но после демонтажа и замены части или всей технологической линии)

- переналаживающиеся (системы, которые не требуют замены оборудования, но оно должно быть налажено на другие режимы, прогрпаммфы, порядок действий и т.д.

- гибкие автоматизированные системы (такие, которые имеют возможность сами выбирать новую программу и переналаживаться в автоматическом режиме без вмешательства человека в ход перепрограммирования.

Технологические процессы также классифицируют по признакам:

1. по природе явлений, которые происходят в сырье при переработке

2. по способу организации технологического процесса

3. по агрегатному состоянию компонентов в рабочей зоне

4. по тепловому эффекту процесса

5. по направлению движения материальных и энергетических потоков в производственной зоне

6. по кратности обработки сырья или промежуточного продукта

7. по характеру технологических связей процесса

 

1. сырью пищевых производств присущи разные свойства: физические, механические, химические, биологические, микробиологические. В ходе технологического процесса свойства могут изменяться. В зависимости от того, какие именно свойства изменяются, технологические процессы делят на: физико-механические, физико-химические, химические, биохимиические, микробиологические.

К физико-механическим относится очень большая группа процессов, которые сопровождаются лишь изменением физических и структурно-механических свойств сырья или промежуточного продукта. Существенных изменений химического состава при этих процессах не происходит. По характеру процесса и условиям его проведения в этой группе процессы делят на механические, гидромеханические, теплообменные и массообменные.

Механическими называют процессы, в которых сырье изменяет форму, размер, структуру (измельчения, дробления, смешивания и др.)

Если механические процессы происходят в среде воды или другой жидкости, то они называются гидромеханическими (осаждение, фильтрование, центрифугирование) - производство соков, пива, масла и др.

К теплообменным относят процессы, которые сопровождаются переносом теплоты и изменением температуры объектов и среды (охлаждение, замораживание, варка, обжаривание, пастеризация и др.).

Массообменными называют процессы, в ходе которых происходит перенос массы (веществ) из одной фазы в другую между газом и жидкостью, между газом и твердой фазой, между жидкостью и твердой фазой, между двумя жидкостями (растворение, кристаллизация, испарение, высушивание, конденсация, адсорбция, дистилляция, ректификация, мембранизация и др.).

К группе физико-химических процессов относятся такие, как хемосорбция, набухание, старение коллоидных структур. Эти процессы мало распространены и в основном имеют место при хранении сырья или готовой продукции.

Химическими называют технологические процессы, во время которых происходят изменения химического состава и внутренней структуры компонентов сырья и готовых продуктов. Они делятся: чисто химические, термохимические, фотохимические, электрохимические, радиационно-химические, каталитические. В пищевых производствах использую такие процессы как гидролиз, окисление, гидрогенизация, этерификация и др. (крахмало-паточное производство, сахарное, маргариновое, жировое производство).

Биохимическими считают процессы, которые происходят при участии ферментов (биокатализаторов) самого сырья, или ферментных препаратов, которые вводятся в сырье в ходе технологического процесса (сыродельное, мясное, плодоконсервное производство). Кроме целенаправленного использования эти процессы самопроизвольно происходят во время хранения сырья и готовой продукции.

Микробиологическими называют процессы, которые вызваны действием микроорганизмов (дрожжей, бактерий, микрогрибов).к ним относят брожение, дозревание, плесневение и гниение. (пивоварение, виноделие, сыроделие, хлебопечение и др.). Совместно с биохимическими процессами они имеют место при хранении и транспортировании сырья и готовой продукции.

В последние годы быстро развиваются биотехнологии – пищевые технологии, в основу которых положены ферментативные преобразования сырья.

2. По способу организации технологические процессы делят на:

- периодические

-непрерывные

-комбинированные

Периодическими (дискретными) называют такие процессы, при организации которых подача сырья для переработки в технологическую машину или агрегат совершается определенными порциями. Процесс обработки по этому способу носит циклический или периодически повторяющийся характер. Например, на многих консервных заводах процесс стерилизации носит периодический характер. Подготовленный к термической обработке продукт загружается в автоклав, затем автоклав герметизируется, выводится на необходимый режим, определенное время продукт выдерживается при этом режиме в автоклаве, после чего автоклав и продукт охлаждаются и разгружается. А далее этот цикл повторяется с новой порцией продукта.

Недостатки этого способа организации технологического процесса: относительно большие затраты времени на загрузку и выгрузку продукта, на изменение режима работы агрегата, а поэжтому производительность таких процессов ниже, чем при других способах. Из-за нестабильности режима работы агрегата усложняется его обслуживание, автоматизация и др. однако преимуществами периодических процессов являются их мобильность, меньшая стоимость, а следовательно быстрая их окупаемость, большая компактность, т.к. при этом способе необходимо меньше машин и агрегатов и меньшие производственные площади. такой способ чаще используется на маленьких предприятиях, при создании новых и модернизированных видов продукции, при серийном выпуске продукции, когда процесс необходимо периодически переналаживать или перестраивать.

Непрерывными (поточными) называют технологические процессы, при которых сырье поступает в агрегат, а продукция выводится из него непрерывным потоком. Они, как правило, выполняются на конвейерных, механизированных линиях и после выхода на рабочий режим работают долгое время, аж до ремонта или демонтажа линии. Их преимущества: они не имеют простоев агрегатов, работают в постоянном стабильном режиме, требуют комплексной механизации и автоматизации, а следовательно имеют большую производительность, по сравнению с периодическими. Недостатки: необходимость в большом количестве машин и агрегатов, в значительных производственных площадях, а поэтому начальная стоимость и сроки окупаемости намного большие, чем у периодических процессов, на них невозможна быстрая смена ассортимента продукции.

Такие процессы используются преимущественно на крупных перерабатывающих предприятиях, производящих продукцию узкой номенклатуры, но в больших объемах (массовое производство).

Комбинированные процессы – это комбинация периодических и непрерывных процессов, позволяющая исключить недостатки и использовать достоинства. Они могут быть реализованы в разных вариантах.

3. В зависимости от агрегатного состояния сырья или промежуточного продукта в рабочей зоне процессы делят:

-гомогенные

-гетерогенные

Гомогенные – это процессы, когда взаимодействующие в рабочей зоне компоненты находятся в одинаковом агрегатном состоянии (газовом, жидком или твердом), а гетерогенные – когда состояние компоенентов разное, т.е. когда между компонентами есть граница раздела фаз. Возможны разные комбинации фаз в этих процессах: Г/Т, Г/Ж, Т/Ж, наличие всех трех фаз.

Для гомогенных процессов характерна наибольшая скорость процесса, особенно когда компоненты находятся в газовом состоянии и состоянии пара. Но процессы в газовой фазе для пищевых производств не характерны. Чаще имеют место гомогенные процессы в жидкой фазе. Скорость у них меньше, чем в газовых, но больше, чем в гетерогенных процесса. поэтому действующие вещества предварительно переводят в жидкую фазу растворением или плавлением. Так, скорость процесса посолки при консервировании плодов, мяса, рыбы рассолом значительна больше, чем при посолке сухой солью.

Скорость гетерогенных процессов самая низкая, но в технологии имеется опыт интенсификации процессов.

4. Во многих технологических процессах имеет место тепловой эффект, т.е. выделение или поглощение теплоты из окружающей среды. Если в результате процесса в рабочей зоне выделяется теплота (тепловой эффект положительный), такой процесс называется экзотермическим. При отрицательном тепловом эффекте (теплота поглощается) процесс называется эндотермическим. Большинство процессов в пищевой промышленности являются эндотермическими. Для их проведения необходимо подводить теплоту в рабочую зону машины. такой подвод совершается путем нагрева сырья или промежуточного продукта горячей водой, водяным паром, газами от сгорания топлива, электронагревательными методами или другими способами. Для экономии топливноэнергетических ресурсов такой подогрев совершают вторичными энергоресурсами: вторичным паром, горячим конденсатом, горячим готовым продуктом, который необходимо охладить.

5. По направлению движения материальных и энергетических потоков в рабочей зоне машины (агрегата) технологические процессы делят на прямоточные, противоточные и перекрестные. К прямоточным относятся процессы, когда направления материального и энергетического потоков совпадают. Если же эти потоки дижутся во взаимно противоположных направлениях, то такие процессы называют противоточными (или встречными). При перекрестных процессах потоки движутся перпендикулярно один к другому (рис.)

 

технологическая машина

технологическая машина

технологическая машина

МП

МП ЭП МП

ЭП

 

 

ЭП

 

6. По кратности обработки сырья процессы делят на открытые, когда материальный поток (сырье) проходит через технологическую машину или агрегат один раз, замкнутые (рециклы) – когда материальный поток (весь или его отдельная часть) повторно проходят через одну и ту же машину (например, повторное возвращение в моечную машину части сырья, которая не прошла инспекцию по качеству мойки) и комбинированные, когда отдельная часть материального потока много раз возвращается в одну и ту же машину (например, многоразовое использование растворителя при экстракционном способе извлечения масла из семян подсолнечника).

7. Составными элементами технологического процесса являются не только отдельные операции или стадии, но и связи между ними.. стабильное функционирование процесса как системы во многом определяется именно характером технологических связей между операциями, стадиями процесса.

По характеру связей между операциями и стадиями различают процесс:

- процессы с жесткими связями

- полужесткими

-гибкими связями

Жесткая связь предусматривает тщательную согласованность выходных парметров потока каждой операции с входными параметрами последующей. При этом виде связи длительность цикла обработки сырья на смежных операциях должна быть одинаковой или кратной к ней (должна быть одинаковая производительность всего оборудования). Достигнуть такого уровня синхронизации между операциями во многостадийных процессах трудно или просто невозможно. Поэтому на практике устанавливаются полужесткая связь – такая, которая позволяет не согласовывать входные и выходные параметры между операциями. Обычно он используется в виде операции хранения. конструктивно эта операция реализуется в виде промежуточных емкостей, бункеров, накопителей и др. в отдельных случаях такая операция хранения предусматривается после каждой операции. Такие процессы называют процессами с гибкими связями. Благодаря операции хранения удается избежать необходимости синхронизации процесса, но при этом он значительно замедляется и снижает свою производительность.